RAM hay Random Access Memory (Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên) là phần cực kỳ quan trọng của bất kỳ máy tính hiện đại nào. CPU (bộ xử lý trung tâm) của máy tính cần dữ liệu và hướng dẫn để thực hiện công việc. Thông tin đó phải được lưu trữ ở đâu đó. "Đâu đó" được gọi là bộ nhớ máy tính.
Có nhiều loại bộ nhớ RAM, mỗi loại có ưu/nhược điểm riêng. CPU có lượng bộ nhớ rất nhỏ tích hợp bên trong, gọi là "cache" CPU. Bộ nhớ này cực nhanh và thực chất là một phần của chính CPU. Tuy nhiên, nó rất đắt nên không thể dùng làm bộ nhớ chính của máy tính.
Đó là nơi RAM xuất hiện. RAM ở dạng chip silicon máy tính, gắn trên bus bộ nhớ. Bộ nhớ cache trên chính CPU thực chất cũng là một dạng RAM, nhưng khi thuật ngữ này thường dùng, nó chỉ các chip bộ nhớ nằm bên ngoài CPU.
Bus bộ nhớ đơn giản là một tập hợp mạch chuyên dụng di chuyển thông tin giữa CPU và RAM. Hệ điều hành di chuyển thông tin từ ổ cứng cơ học hoặc thể rắn chậm hơn của hệ thống, để chuẩn bị cho nhu cầu của CPU. Ví dụ, khi game video đang "loading", dữ liệu đang được di chuyển từ ổ cứng sang RAM.
Làm phép ẩn dụ, hãy nghĩ RAM như mặt bàn và ngăn kéo như ổ cứng, với bạn đóng vai CPU. Nhanh và dễ dàng làm việc với vật phẩm trên bàn, nhưng chỉ có chỗ vừa vặn. Nghĩa là bạn cần di chuyển đồ đạc giữa mặt bàn và ngăn kéo khi cần.
Máy tính, smartphone, máy chơi game và mọi loại thiết bị tính toán dùng ngày nay đều có某种 loại RAM. Chúng ta sẽ đi qua từng loại, giải thích cách hoạt động và dùng cho gì. Cụ thể sẽ bao gồm:
- SRAM
- DRAM
- SDRAM
- SDR RAM
- DDR SDRAM
- GDDR
- HBM
Đừng lo nếu nghe như tiếng nói vô nghĩa đe dọa. Sẽ rõ ràng ngay thôi.
SRAM - Static Random Access Memory (RAM Tĩnh)
Một trong hai loại RAM chính, SRAM đặc biệt vì nó không cần được "làm mới" (refreshed) để giữ thông tin hiện đang lưu trữ. Chừng nào có điện năng chảy qua mạch, thông tin ở ngay đó.
SRAM xây dựng từ một số transistor (4-6) và cực nhanh nhờ bản chất của nó. Tuy nhiên, nó phức tạp và đắt đỏ tương đối, đó là lý do bạn thấy nó trong CPU làm bộ nhớ cache siêu nhanh.
Cũng có lượng nhỏ SRAM cache ở nơi dữ liệu phải di chuyển nhanh, nhưng có thể bị nghẽn. Bộ đệm ổ cứng là ví dụ tốt cho trường hợp dùng này. Bất cứ nơi nào thiết bị phải di chuyển dữ liệu, có thể có SRAM giúp làm mượt quá trình chuyển đó.
DRAM - Dynamic Random Access Memory (RAM Động)
DRAM là loại thiết kế RAM phổ biến còn lại. Bộ nhớ DRAM xây dựng bằng transistor và tụ điện. Trừ khi bạn làm mới từng ô nhớ, nó sẽ mất nội dung. Đây là lý do nó gọi là "động" (dynamic) chứ không phải "tĩnh" (static).
DRAM chậm hơn SRAM nhiều, nhưng vẫn nhanh hơn nhiều so với thiết bị lưu trữ thứ cấp như ổ cứng. Nó cũng rẻ hơn SRAM rất nhiều và điển hình máy tính có nhiều gigabyte DRAM onboard làm giải pháp RAM chính.
SDRAM - Synchronous Dynamic Random Access Memory
Một số người nghĩ SDRAM là kết hợp của SRAM và DRAM, nhưng không phải! Đây là DRAM đã được đồng bộ hóa với clock CPU.
Module DRAM sẽ chờ CPU trước khi phản hồi yêu cầu nhập dữ liệu. Nhờ bản chất đồng bộ và cách bộ nhớ SDRAM được cấu hình thành các bank, CPU có thể hoàn thành nhiều hướng dẫn cùng lúc, tăng đáng kể hiệu suất tổng thể.
SDRAM là dạng cơ bản của loại RAM chính dùng trong hầu hết máy tính ngày nay. Cũng gọi là SDR SDRAM hay Single Data Rate Synchronous Dynamic Random Access Memory. Mặc dù cơ bản là cùng loại bộ nhớ dùng trong máy tính hiện nay, dạng SDR thuần túy đã lỗi thời, được thay thế bằng loại RAM tiếp theo.
Double Data Rate Synchronous Dynamic Random Access Memory (DDR SDRAM)
Điều đầu tiên cần biết: có nhiều thế hệ bộ nhớ DDR. Thế hệ đầu tiên, gọi là DDR 1 trong hồi顾, gấp đôi tốc độ SDRAM bằng cách cho phép hoạt động đọc và ghi xảy ra ở cả đỉnh và đáy của chu kỳ clock.
DDR2, DDR3 và hôm nay DDR4 đã cải tiến theo cấp số nhân trên thế hệ DDR đầu tiên. Hiệu suất các module này đo bằng Mega Transfers per Second (MT/s). Một mega transfer về cơ bản tương đương một triệu chu kỳ clock. Chip DDR thế hệ đầu tiên nhanh nhất có thể 400 MT/s. DDR4 có thể nhanh tới 3200 MT/s!
GDDR SDRAM - Graphics Double Data Rate Random Access Memory
GDDR hiện tại ở thế hệ thứ sáu và hầu như chỉ tìm thấy kết nối với GPU (bộ xử lý đồ họa) trên card video hoặc máy chơi game. GDDR liên quan đến DDR thông thường, nhưng được thiết kế cho trường hợp dùng đồ họa. Nhấn mạnh băng thông khổng lồ, trong khi ít quan tâm đến độ trễ thấp.
Nói cách khác, bộ nhớ này không phản hồi nhanh như SDRAM thông thường, nhưng nó có thể di chuyển nhiều thông tin hơn cùng lúc khi phản hồi. Đó là hoàn hảo cho ứng dụng đồ họa nơi nhiều gigabyte dữ liệu texture cần được stream vào để render cảnh, và lượng độ trễ nhỏ không có hậu quả thực sự.
Dù tên gọi, GDDR có thể dùng như RAM hệ thống bình thường. Ví dụ, PlayStation 4 có một pool GDDR duy nhất mà nhà phát triển có thể chia bất kỳ cách nào họ thích, phân bổ phần cho CPU và GPU theo nhu cầu.
HBM - High Bandwidth Memory (Bộ Nhớ Băng Thông Cao)
GDDR có đối thủ là bộ nhớ HBM, xuất hiện trên số lượng hạn chế card đồ họa của AMD. Phiên bản mới nhất HBM 2, nhưng chưa chắc nó sẽ thay thế GDDR hay trở nên lỗi thời.
Phần quan trọng nhất hiệu suất bộ nhớ là tổng lượng dữ liệu có thể dịch chuyển trong thời gian cho trước. Một cách là làm bộ nhớ rất nhanh. Cách khác cải thiện băng thông tổng là làm "ống" dữ liệu được đẩy qua rộng hơn.
HBM chạy ở tần số clock gốc thấp hơn GDDR, nhưng dùng thiết kế chip xếp chồng 3D độc đáo cung cấp đường dẫn vật lý rất rộng cho dữ liệu cũng như khoảng cách ngắn hơn nhiều cho tín hiệu di chuyển. Kết quả cuối là giải pháp bộ nhớ có băng thông tổng tương đương GDDR, nhưng độ trễ thấp hơn.
Vấn đề với HBM là phức tạp để sản xuất và nhờ thiết kế vật lý, chưa thể đạt dung lượng dễ dàng như GDDR. Nếu các vấn đề này cuối cùng được khắc phục, nó có thể thay thế GDDR, nhưng không bảo chứng điều đó sẽ xảy ra.
Cảm Ơn Vì Những Ký Ức!
Rõ ràng RAM là thành phần thiết yếu của bất kỳ máy tính nào và, khi nó gặp sự cố, có thể khó tìm ra vấn đề thực sự là gì.
Dù sao, một bit lỗi ở đâu đó có thể làm hệ thống tinh vi bất ổn hoặc là nguyên nhân وراء những crash ngẫu nhiên. Đây là lý do bạn nên luôn kiểm tra RAM hỏng bất cứ khi nào gặp vấn đề ổn định không giải thích được.
Có một ngày chúng ta có thể vượt qua RAM, nhưng trong tương lai có thể thấy trước, nó sẽ vẫn là phần thiết yếu của câu đố hiệu suất tính toán, nên chúng ta nên tìm hiểu nó.