Memorie RAM DDR: tutto ciò che devi sapere

Tutti i computer fissi o portatili utilizzano la memoria RAM (Random Access Memory o memoria ad accesso casuale) per archiviare i dati a breve termine di cui necessitano per funzionare. Con l’evoluzione dei computer anche la memoria RAM ha fatto passi in avanti. I computer costruiti prima del 2000 utilizzavano generalmente la memoria SDRAM (Synchronous Dynamic Random Access Memory o memoria sincrona dinamica ad accesso casuale). Dal 2000 in poi sono state prodotte diverse generazioni di memorie RAM basate sulla nuova tecnologia DDR SDRAM (Double Data Rate o doppia velocità di trasferimento) che è quella attualmente in uso e abbreviata per semplicità solo in DDR.

Ogni generazione di memoria RAM ha comportato un aumento della velocità e della frequenza, oltre che una riduzione del consumo energetico. Poiché le differenze tra le generazioni di memoria RAM possono mettere confusione, abbiamo preparato una guida chiara in cui facciamo un confronto e così potrai assemblare un PC, aggiornarlo o anche solo saperne di più sulla memoria RAM.

Storia delle memorie RAM DDR

Le odierne memorie RAM DDR sono un tipo di memoria RAM che trasferiscono i dati al processore o CPU sia sul fronte di salita che di discesa del segnale di clock, quindi 2 volte per ogni ciclo. Utilizzando entrambi i fronti di salita e discesa del segnale di clock per trasferire i dati, la memoria DDR è notevolmente più veloce delle prime memorie SDR (Single Data Rate) come la precedente generazione delle memorie SDRAM, che utilizzava solo un fronte del segnale di clock per trasferire i dati. Le memorie DDR permettono una frequenza doppia rispetto ai vecchi tipi di memorie SDRAM raddoppiando le informazioni trasmesse nell’unità di tempo.

Le memorie RAM DDR sono state ideate alla fine degli anni ’80 dalla IBM che aveva costruito delle memorie DRAM utilizzando una funzione di clock dual-edge (due-fronti) e presentò i suoi risultati all’International Solid-State Circuits Convention nel 1990. Ma ci sono voluti diversi anni prima che dall’idea e dai prototipi si passasse alla fase produttiva commerciale. La prima azienda che ha dimostrato il primo prototipo di memoria DDR è stata Samsung nel 1997 che ha rilasciato il primo chip SDRAM DDR commerciale a 64 Mbit nel giugno 1998 seguita subito dopo da Hyundai Electronics (ora SK Hynix) lo stesso anno.

Lo sviluppo delle memorie RAM DDR era già iniziato nel 1996, prima che le sue specifiche fossero finalizzate dal JEDEC (Joint Electron Device Engineering Council) nel giugno 2000 (JESD79). JEDEC ha stabilito gli standard per le velocità di trasmissione dati della SDRAM DDR, divisi in 2 parti. La prima specifica è per i chip di memoria e la seconda è per i moduli di memoria. La prima scheda madre per PC al dettaglio che utilizza DDR SDRAM è stata rilasciata nell’agosto 2000.

Per curiosità ho provato a chiedere a diverse AI quale fosse questa prima scheda madre e ognuna ha risposto in modo diverso, della serie, vatti a fidare! Probabilmente il motivo risiede che ne sono state introdotte diverse tutte insieme in quel periodo che ha decretato l’inizio dell’era delle memorie DDR.

Tipi di memorie RAM DDR

Ecco le informazioni tecniche per tutte le tipologie di memorie DDR esistenti passate e di oggi:

• DDR: DDR è l’acronimo di Double Data Rate, che significa che la memoria trasferisce i dati due volte per ogni ciclo di clock, sfruttando sia il fronte di salita che di discesa del segnale. La DDR è stata introdotta nei primi anni 2000 come evoluzione della SDRAM, che trasferiva i dati una sola volta per ciclo. La DDR ha una tensione di alimentazione di 2,5 V, un numero di pin pari a 184 e una posizione della tacca di riferimento per il montaggio a 40,6 mm dal lato sinistro. La DDR ha una velocità di trasferimento dati compresa tra 266 e 400 MT/s (abbreviazione di Mega (o milione) di Trasferimenti al secondo) equivalenti a una velocità di trasferimento dati compresa tra 1,6 GB/s e 3,2 GB/s
• DDR2: è la seconda generazione di memorie DDR, che ha introdotto una prelettura a 4 bit, ovvero la capacità di trasferire 4 bit di dati dall’array di memoria al buffer interno di input/output per ogni ciclo di clock. La DDR2 ha una tensione di alimentazione di 1,8 V, un numero di pin di 240 e una posizione della tacca a 53,3 mm dal lato sinistro. La DDR2 ha una velocità di trasferimento dati compresa tra 400 e 1200 MT/s e una larghezza di banda compresa tra 3,2 e 9,6 GB/s
• DDR3: è la terza generazione di memorie DDR introdotta sul mercato nel 2007, che ha introdotto una prelettura a 8 bit, ovvero la capacità di trasferire 8 bit di dati dall’array di memoria al buffer interno di input/output per ogni ciclo di clock. La DDR3 ha una tensione di alimentazione di 1,5 V (o 1,35 V per le versioni a basso voltaggio), un numero di pin di 240 e una posizione della tacca a 67,6 mm dal lato sinistro. La DDR3 ha una velocità di trasferimento dati compresa tra 800 e 2133 MT/s e una larghezza di banda compresa tra 6,4 e 17 GB/s
• DDR4: è la quarta generazione di memorie DDR introdotta sul mercato nel 2014, che ha introdotto una prelettura sempre a 8 bit ma con una divisione della memoria in più banchi dove i trasferimenti a diversi gruppi di banchi possono essere effettuati più velocemente. La DDR4 ha una tensione di alimentazione di 1,2 V, un numero di pin di 288 e una posizione della tacca a 69,6 mm dal lato sinistro. La DDR4 ha una velocità di trasferimento dati compresa tra 1600 e 3200 MT/s e una larghezza di banda compresa tra 12,8 e 25,6 GB/s
• DDR5: è la quinta generazione di memorie DDR introdotta sul mercato nel 2021, che ha introdotto una prelettura a 16 bit con ancora più suddivisioni in banchi della memoria. La DDR5 ha una tensione di alimentazione di 1,1 V, un numero di pin di 288 come le memorie DDR4 e una posizione della tacca a 70,1 mm dal lato sinistro. La DDR5 ha una velocità di trasferimento dati compresa tra 3200 e 6400 MT/s e una larghezza di banda compresa tra 25,6 e 51,2 GB/s

Nella lista, le date e le prestazioni massime non trovano accordo tra tutte le fonti ma sostanzialmente in linea di massima sono quelle indicate. Nel 2026 è previsto l’arrivo sul mercato delle DDR6.

Dalla descrizione di ogni singola tecnologia DDR si evince che non si possono scambiare tra di loro e che non c’è nemmeno retro-compatibilità. In pratica ogni memoria sarà abbinabile solo ed esclusivamente a schede madri che la supportano. Quindi, ad esempio, se ho installate delle memorie DDR3 allora non posso sostituirle con un modello DDR4 e nemmeno con un modello DDR2 ma solo ed esclusivamente con analoghi modelli DDR3 anche di capacità maggiore.

Come funzionano le memorie RAM DDR

Le memorie RAM DDR lavorano con i cosiddetti prefetch buffer, che sono utilizzati per raccogliere i dati prima di fornirli a un’interfaccia più veloce. Il significato di prefetch buffer è pre-lettura ovvero la capacità di trasferire bit di dati dall’array di memoria al buffer interno di input/output per ogni ciclo di clock in anticipo. La prima versione di memorie DDR non avevano questa tecnologia, questa è una caratteristica dalle memorie DDR2 in poi e permette di aumentare la velocità di trasferimento dei dati. Per comprendere cosa significa, bisogna prima sapere cos’è un array di memoria, un buffer e un ciclo di clock. Un array di memoria è una struttura che contiene le celle di memoria, dove sono memorizzati i dati. Un buffer è una zona di memoria temporanea, dove i dati vengono trasferiti prima di essere inviati o ricevuti da un altro dispositivo. Un ciclo di clock è il tempo impiegato da un segnale elettrico per passare da uno stato alto ad uno stato basso e viceversa. Il clock è il segnale che sincronizza le operazioni della memoria con quelle del processore o CPU del computer. La pre-lettura è il processo che permette di trasferire i dati dall’array di memoria al buffer in anticipo, in modo da ridurre il tempo di attesa per il processore. Una pre-lettura a 16 bit significa che per ogni ciclo di clock, la memoria trasferisce 16 bit di dati (2 byte) dall’array di memoria al buffer. Questo significa che la memoria può trasferire il doppio dei dati rispetto a una pre-lettura a 8 bit, come quella delle memorie DDR3. Questo aumenta la velocità di trasferimento dei dati e la larghezza di banda della memoria.
La pre-lettura è quindi una tecnica che offre dei vantaggi per il processore, ma non sempre. Il vantaggio esiste e si mantiene nel tempo se i dati che il processore continuerà a richiedere alla memoria sono successivi tra loro. La pre-lettura può causare dei conflitti di cache o delle penalità di prestazioni se i dati prelevati non sono quelli effettivamente richiesti dal processore. Ovviamente, se tale tecnica è stata implementata, è statisticamente rilevante e vantaggiosa.

Solo per le memorie RAM DDR3: LV e Normali

La differenza tra i 2 tipi di voltaggio per le DDR3 dipende dal fatto che esistono 2 standard diversi: il DDR3 e il DDR3L. Il DDR3 è lo standard originale che richiede una tensione di 1,5 V per funzionare. Il DDR3L è uno standard a bassa tensione che richiede una tensione di 1,35 V per funzionare. Il vantaggio del DDR3L è che consuma meno energia e genera meno calore rispetto al DDR3, il che è utile soprattutto nei dispositivi portatili come i notebook. Tuttavia, non tutti i sistemi sono compatibili con il DDR3L, quindi bisogna verificare le specifiche della scheda madre prima di acquistare una memoria RAM a bassa tensione. In generale, il DDR3L è retro-compatibile con il DDR3, il che significa che può funzionare anche a 1,5 V se il sistema non supporta il voltaggio inferiore. Al contrario, il DDR3 non è compatibile con il DDR3L, il che significa che non può funzionare a 1,35 V. Quindi in caso di aggiornamento fate attenzione a ciò che andate a sostituire oppure scegliete memorie DDR3L a 1,35 V e non sbagliate in ogni caso.

L’importanza della latenza nelle memorie RAM DDR

Inoltre per ogni generazione di memorie RAM DDR ci sono ulteriori parametri da tenere presente per ottenere le migliori prestazioni, come ad esempio il tempo di latenza indicato dalla sigla CL (latenza CAS ovvero Column Access Strobe).
I valori di CL nelle memorie DDR indicano la latenza CAS, ovvero il ritardo tra l’inoltro di una richiesta in lettura e l’istante in cui il dato è pronto per l’uscita. La latenza CAS si misura in cicli di clock, quindi valori minori indicano prestazioni migliori. Tuttavia, la latenza CAS non è l’unico fattore che determina la velocità delle memorie DDR, bisogna considerare anche la frequenza di lavoro e altri parametri. Per calcolare la latenza effettiva di una memoria DDR, bisogna moltiplicare la durata del ciclo di clock per il numero di cicli di CL. Questo valore si esprime in nanosecondi e permette di confrontare le prestazioni di memorie DDR con frequenze e latenze CAS diverse.
Ma sia gli aumenti della velocità delle memorie DDR che le diminuzioni della latenza portano a migliori prestazioni di sistema.
Ad esempio: tra una DDR4-2400 CL17 e una DDR4-2666 CL19 la differenza è circa del 10% sia per la latenza che per la velocità ma la maggiore velocità della memoria DDR4-2666 offrirà prestazioni migliori pur con una latenza più alta perché la maggior frequenza influirà anche su altre parti del PC favorendo una maggiore velocità dell’insieme.
Altro esempio: se la velocità di un modulo standard e di un modulo da gaming è la stessa (ad esempio DDR4-2666) ma le latenze sono differenti (CL17 rispetto a CL19), allora in questo contesto la memoria DDR con la latenza più bassa offrirà prestazioni migliori a parità di frequenza di 2666 MHz.

Conclusione

Queste sono le differenze principali tra le tecnologie delle memorie RAM DDR. Ad ogni nuova generazione le prestazioni sono aumentate ma come visto questo non è sempre certo perché molto dipende dai programmi che usiamo. In ogni caso ogni nuova generazione ha introdotto miglioramenti di prestazioni e riduzione di consumi elettrici. Questi miglioramenti hanno permesso di realizzare moduli di memoria RAM DDR sempre più grandi e capienti.

Infine un suggerimento a titolo personale: non lasciatevi ingannare dai led e altri effetti speciali che vengono inseriti nei moduli di memoria ma guardate alla sostanza ovvero ai parametri di frequenza e latenza per scegliere con saggezza.

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