Rambus – (dočasná) ztráta paměti
Nadcházející tchajwanský veletrh Computex je očekáván s mnohem větším napětím než kterýkoli předchozí ročník. Je totiž velmi pravděpodobné, že právě na Tchaj-wanu vypukne rozhodující bitva mezi dvěma konkurenčními technologiemi paměťových čipů. Ano, samozřejmě se jedná o technologie Rambus a DDR. Výkonnost procesorů totiž pokročila natolik, že současná kapacita sběrnice FSB (front-side bus) se stává omezujícím faktorem, s nímž bude třeba něco udělat. Oba tábory přitom na druhou polovinu roku chystají zásadní novinky a nelze čekat, že by si příležitost v podobě Computexu nechaly ujít.
Spory o tom, která technologie je lepší, zaměstnávají už několik měsíců autory odborných počítačových časopisů a rovnováha se střídavě vychyluje tu ve prospěch firmy Rambus (Direct Rambus DRAM neboli DRDRAM), tu na stranu příznivců pamětí Double Data Rate DRAM (DDR DRAM). Podobnost obou zkratek jen přispívá k celkové zmatenosti – která strana má vlastně pravdu?
Nejspíš neuškodí malé historické ohlédnutí. Firma Rambus vznikla v roce 1990 a už v první polovině devadesátých let zaujala svou revoluční čipovou technologií. První paměti typu Rambus našly své uplatnění v herních konzolích Nintendo. V roce 1995 se o technologii Rambus začal zajímat také Intel a s firmou Rambus podepsal dohodu, podle níž se měla technologie Rambus stát na přelomu století základem nové paměťové architektury osobních počítačů. Dnes toho nejspíš Intel trpce lituje, neboť zmíněná dohoda se pro něj ukázala být značně nevýhodná. Firma Rambus si totiž vyjednala takřka úplnou exkluzivitu – podle některých interpretací nesmí Intel až do roku 2002 dát přednost jiné technologii, a má dokonce zakázáno jiné technologie marketingově propagovat.

Tanec mezi vejci
To by částečně vysvětlovalo současné lavírování největšího světového výrobce počítačových mikroprocesorů. Už od sklonku loňského roku je totiž jasné, že výrobcům PC se technologie DRDRAM příliš nezamlouvá. Nejde jen o to, že je velmi drahá (k extrémně vysokým výrobním nákladům se přidávají ještě licenční poplatky, z nichž Rambus žije), ale také o to, že podle některých testů, jejichž výsledky se v posledních měsících začaly rojit jako houby po dešti, nepřináší Rambus požadovaný výkonnostní vzestup. Společnost AMD, největší konkurent Intelu, se otevřeně postavila na stranu technologie DDR DRAM; výrazně ji v tom podporuje také tchajwanská firma VIA (po jejíchž aktivitách Intel také pokukuje značně nervózně). První komerční implementace technologie DDR DRAM je očekávána ve druhé polovině letošního roku.
Intel na tuto hrozbu pochopitelně musí reagovat; zatím se chová podobně jako loni na podzim, kdy velice opatrně začal připouštět možnost implementace technologie PC133 (sběrnice FSB na taktu 133 MHz), kterou předtím označoval za slepou uličku. Zatímco tedy ještě na začátku roku byla jedinou uznávanou platformou pro operační paměť budoucích intelovských procesorů technologie Rambus, dnes se už otevřeně hovoří o tom, že procesory Timna (intelovská implementace tzv. jednočipových počítačů) budou standardně podporovat SDRAM. V případě procesorů Wilamette sice Intel i nadále jednoznačně trvá na Rambusu, ale v byznysu platí pravidlo “nikdy neříkej nikdy”, a jestliže Intel trvá tak zarputile na svém, i když je řada velkých partnerů (včetně Compaqu a IBM) proti tomuto postoji, vzbuzuje to přinejmenším podezření. Že by za to mohla smlouva s Rambusem?
Intel na svoji loajalitu už doplatil. Současná aféra s čipovými sadami i820, které musí Intel hromadně vyměňovat, přijde podle předběžných odhadů na několik stovek milionů dolarů. To je srovnatelné snad jen s náhradou vadných procesorů Pentium v polovině 90. let. Za vším přitom stojí paměťové můstky MTH, které umožňují kompatibilitu těchto čipových sad s paměťovými moduly SDRAM. Na druhé straně se tímto Intelu nabízí možnost, jak konečně zpopularizovat paměti Rambus – hovoří se totiž o tom, že nejsnadnějším východiskem pro něj bude bezplatně nabízet postiženým uživatelům paměťové čipy DRDRAM.

Jak zahýbat kurzem
Všeobecnou paměťovou zmatenost nejlépe dokresluje vývoj kurzu akcií společnosti Rambus. Ještě v prosinci se tyto akcie prodávaly zhruba za 50 USD. Pak však na intelovském vývojářském fóru vystoupil viceprezident David Yu s výše zmíněným prohlášením, podle nějž nemají jiné paměti než DRDRAM na platformě Intel šanci. Dalším impulzem pro paměti Rambus pak bylo uvedení herních konzolí PlayStation 2, které používají právě čipy DRDRAM. (Společnost Nintendo sice mezitím přestala paměti Rambus používat, ale konzole PlayStation tuto ztrátu více než dostatečně vynahradily.) Akcie společnosti Rambus tedy v prvním čtvrtletí překonávaly jednu hranici za druhou a ve finančním světě se začaly uzavírat sázky, kdy jejich cena překročí úroveň 400 USD.
Pak se na internetovém serveru Tom’s Hardware objevil článek, který paměti Rambus poslal na technologické smetiště dějin. To stačilo k tomu, aby kurz akcií společnosti Rambus nabral zcela opačný směr. Začátkem května se cena ustálila těsně nad stodolarovou hranicí. I to však ve srovnání s prosincovou úrovní představuje dvojnásobek, což znamená, že investoři Rambus ještě zdaleka neodepisují. Kurz společnost Rambus se totiž koncem jara stabilizoval, když společnost Intel investovala do Rambusu další peníze. Ty jsou údajně určeny pro další vývoj zaměřený na snížení výrobních nákladů, které dnes představují hlavní konkurenční handicap technologie Rambus. První výsledky se mají dostavit současně s nástupem produktů DDR DRAM, tedy ve druhém pololetí.

Co se Tomovi nelíbilo
Proč měl vlastně článek na poměrně specializovaném (dalo by se říci elitním) serveru Tom’s Hardware takový ohlas? Tvrdil totiž, že paměti Rambus nesnesou srovnání ani se současnou technologií SDRAM (za předpokladu použití 133MHz sběrnice FSB), toto tvrzení podložil velmi exaktními argumenty a přitom velmi přesvědčivě zpochybnil argumenty zastánců technologie Rambus.
Jedním z hlavních argumentů bylo zkreslené prezentování výkonnosti paměti DRDRAM. Intel totiž prezentoval čísla odpovídající standardu PC800, kterému odpovídá přenosová kapacita 1,6 GB/s (2 x 400 MHz x 16 bitů). Výrobci ale v drtivé většině dávají zatím přednost 350MHz čipům, tedy jakémusi “mezistandardu” PC700; výroba čipů na taktu 400 MHz totiž pro ně představuje velmi obtížně řešitelný problém. To znamená, že benchmarkové výsledky pamětí DRDRAM by měly být korigovány o 12 % směrem dolů.
Dalším problémem pamětí Rambus je latence. Uváděná hodnota 20 ns totiž odpovídá pouze jednočipové konfiguraci; vzhledem k sériovém charakteru architektury Rambus je skutečná latence podstatně vyšší, a to v průměru o 50 %. Dnešní paměti SDRAm přitom  20ns latence dosahují vcelku bez problémů.
Paměti Rambus pracují na podstatně vyšší frekvenci než dnešní čipy SDRAM. Z toho vyplývá také podstatně vyšší energetický příkon (a tepelný výkon). Čipy RIMM tak musejí být osazovány kovovými tepelnými odvaděči, což jednak prodražuje jejich výrobu a jednak klade zpřísněné nároky na systémovou architekturu.
Když už jsme u nákladů – čipy DRDRAM jsou pochopitelně mnohem složitější než čipy SDRAM, což vede ke snížené výtěžnosti při produkci křemíkových “oplatků”. Jednotlivé čipy navíc nelze rozumně testovat, a tak se ověřování kvality provádí až u zkompletovaných modulů RIMM. Jediný vadný obvod tak může docela snadno znehodnotit celý paměťový modul. Některé odhady kladou (možná poněkud sarkasticky) účinnost produkce modulů RIMM k hranici 10 %. Pak se ale nemůžeme divit, že jsou paměti Rambus tak drahé.
Jestliže k těmto faktorům připočteme licenční poplatky určené pro společnost Rambus, není výsledná cena (600 USD za jeden 128MB modul RIMM) tak překvapivá. Těžko však přesvědčíte zákazníka, aby nedal přednost současným modulům DIMM PCI133, které stojí osmkrát méně a jejichž datový průtok se rovná datovému průtoku modulů Rambus na taktu 600 MHz (1,064 GB/s).

Naděje umírá poslední
Rambus tedy zatím svou marketingovou válku prohrává. Přesto není ještě dobojováno. Jarní propad ceny akcií společnosti Rambus se zastavil po ohlášení hospodářských výsledků – obrat totiž dosáhl rekordních 16 milionů USD, a to zejména zásluhou dodávek paměťových modulů pro konzole Nintendo a PlayStation 2 (kterým se předpovídá velká budoucnost). Intel je zatím relativně loajální a pokračuje v investicích, které mají srazit výrobní náklady na přijatelnou úroveň. Hovoří se dokonce o tom, že na přelomu let 2000 a 2001 dosáhne výrobní cena pamětí Rambus předpokládané podzimní úrovně paměťových čipů DDR (ta bude zřejmě 10-12 % nad současnou výrobní cenou pamětí SDRAM).
Na stranu pamětí Rambus se postavila také společnost Dataquest, která už v loňském roce tvrdila, že tato technologie nemá alternativu. Rambus má totiž stále potenciál k dalšímu růstu, zatímco současné paměťové technologie dosáhly údajně svého maxima a jsou schopny udržet s procesory krok maximálně do taktu 1,2 GHz. Už dnes ale Intel i AMD počítají s brzkou dostupností gigahertzových procesorů a v krátké době by se měla výkonnostní hranice posunout na 1,5 GHz.
Ve čtvrtém kvartále loňského roku se prodaly tři miliony paměťových modulů RIMM (v kategorii modulů s kapacitou 128 MB), což je v celkové záplavě 80 milionů prodaných modulů jako kapka v moři. Situace se ale má zlepšovat. Dataquest odhaduje za první kvartál prodej 10 milionů jednotek a za celý letošní rok pak celkem 100 milionů jednotek RIMM.
Uvidíme. Zatím jsou všechny trumfy u oponentů společnosti Rambus. Japonský koncern NEC např. v dubnu omezil produkci paměťových modulů RDRAM a přeorientoval volné kapacity na moduly SDRAM a VC SDRAM, po nichž je v současné době větší poptávka. Čeká nás však ještě více než polovina roku, a především výše zmíněný Computex. Tam asi budou obě strany nuceny vyložit karty na stůl.
Karel Stachovec

Co je to Rambus?
Současná paměť Direct Rambus DRAM (DRDRAM) je třetí generací technologie vyvíjené společností Rambus od počátku devadesátých let. Její srovnání se současnými pamětmi SDRAM není jednoduché – jeden odborník vám může tvrdit, že je Rambus rychlejší, a druhý může tvrdit pravý opak. Pravdu zřejmě budou mít oba. Jak je to možné?
Paměti Rambus jsou totiž založeny na zcela odlišném principu než paměti SDRAM. Rozhraní paměťových čipů SDRAM jsou zapojeny v paralelním uspořádání a efektivně tak vytvářejí 64bitovou sběrnici, připojenou ke konektorům modulu DIMM. Paměťový kontrolér tak má k dispozici široký 64bitový kanál, ale kromě toho potřebuje ještě udržovat adresovou matici, aby mohl přistupovat k jednotlivým registrům. Sběrnicový kanál je tedy používán nejen pro přenos samotných dat, ale také pro předávání řídicích signálů jednotlivým adresám. Paměti Rambus naopak používají sériovou komunikaci, kdy jsou jednotlivé čipy DRDRAM zařazeny za sebou a komunikují s kontrolérem prostřednictvím zvláštního protokolu; tento přístup připomíná spíše počítačovou síť. Velikost jednotlivých “paketů” je dnes omezena na 16 bitů, ale protokolová komunikace na druhé straně dovoluje podstatné zvýšení taktovací frekvence, která dnes dosahuje stovek megahertzů.
Z uvedené topologie vyplývá jedno podstatné omezení – paměťový systém Rambus bude fungovat pouze v případě, že jsou všechny paměťové sloty obsazeny. Výrobci toto omezení mohou obejít tím, že nepotřebné sloty osadí “zástupnými” čipy (které tak představují jakousi analogii k síťovým opakovačům). Na druhé straně se tak podstatně omezí komunikační režie, takže paměťový systém Rambus si vystačí oproti paměti SDRAM s třetinovým množstvím vstupně-výstupních řídicích signálů.
Paměti Rambus přinesly jednu skutečně převratnou technologii – zdvojnásobení přenosové kapacity (která do té doby odpovídala frekvenci generátoru frekvenčních impulzů). U pamětí Rambus prochází impulz jednotlivými moduly dvakrát, a to cestou tam a zpátky. Jednotlivé čipy tak mohou pro komunikaci s paměťovým kontrolérem využít dvou různých rozhraní: CTM (Clock To Master) a CFM (Clock From Master). Tuto myšlenku využili také tvůrci pamětí DDR, kteří tak (alespoň teoreticky) dosáhli zdvojnásobení přenosové kapacity technologie SDRAM.

Problémy s latencí
Technologie Rambus bohužel zatím doplácí především na svou sériovou topologii – signál z čipu, ktreý je na konci sběrnice, totiž musí projít na cestě ke kontroléru všemi ostatními paměťovými čipy. Podle obecné představy sice teče elektrický proud takřka neomezeně rychle, ale ve skutečnosti je o něco pomalejší než rychlost světla (navíc je zpomalován impedancí na jednotlivých kontaktech). I těch několik nanosekund, o které se signál zpozdí, hraje podstatnou roli. Při současných topologiích, kdy jsou paměťové čipy vzdáleny od kontroléru až několik desítek centimetrů a odděleny desítkami spájených kontaktů, totiž může zpoždění signálu z nejvzdálenějšího modulu dosáhnout až 10 ns. To je polovina latenční doby běžného paměťového čipu. Kontrolér se přitom musí přizpůsobit reakční době nejpomalejšího článku celého řetězce, a tak není divu, že latence je v případě pamětí Rambus až o 50 % vyšší než u pamětí SDRAM.
Můžeme si uvést jeden názorný příklad – dopravník zavazadel na letišti. Paměti Rambus mají sice větší prostupnost, a tudíž dokáží vychrlit více zavazadel za sekundu, ale na první zavazadlo musíte čekat o polovinu déle než v případě pamětí SDRAM. Hodně tedy záleží na tom, zda k datům v paměti přistupujete sekvenčně nebo náhodně. Vzhledem k tomu, že procesor obvykle nalezne 60 % potřebných dat v paměti cache L1 a dalších 30 % v paměti cache L2, pak na běžné paměťové moduly připadá pouze desetina procesorových operací, a “náhodný” přístup má tudíž přednost.
Nikdo nemůže popřít, že Rambus má nesrovnatelně větší potenciál ohledně přenosové kapacity (paměti SDRAM jsou na svém taktovacím maximu, zatímco Rambus svou 16bitovou sběrnici zřejmě bude schopen rozšířit). Problémy s latencí však zřejmě přetrvají. Když k tomu připočteme problémy spojené s poněkud vysokou výrobní cenou, musíme si přiznat, že Rambus bude mít cestu k úspěchu značně trnitou.