حضروا حالكم لزيادة مخيفة في أداء الذواكر المؤقتة RAM مع الحواسيب الشخصية، فذواكر DDR5 قادمة لنا في نهاية 2020 بسرعات مهولة، ستبلغ 8400MHz في الثانية، مقارنة بـ 3200MHz فقط مع DDR4.

ولقد وصلت DDR4 الي سرعات 5GHz مع بعض المصنعين، الذين كسروا سرعتها .. لذا فلنا أن نتوقع أن تصل DDR5 الي 10GHz مع كسر سرعتها هي كذلك!

والسؤال المنطقي هنا هل مع هذه السرعات الرهيبة ستتفوق سرعة ذواكر DDR5 علي سرعات المعالجات المركزية نفسها التي أصبحت بالكاد تصل الي سرعة 5GHz؟ هل سنستغني عن الذاكرة المساعدة Cache Memory بمساحتها الضئيلة وسرعاتها التي لا تتعدي 5GHz أيضا، في مقابل ان نعتمد علي الذاكرة المؤقتة RAM بمساحتها الضخمة وسرعتها التي ستصل الي 10GHz؟

لقد كنا نلجأ للذاكرة المساعدة Cache لأن الذاكرة المؤقتة RAM لم تكن سريعة بما فيه الكفاية ..  ماذا عن DDR5 الآن وهي أسرع حتي من تردد المعالجات؟

ولمعرفة الاجابة يجب أولا أن ندرك أننا حقا لا نحتاج للذاكرة المساعدة Cache فقط لأنها كانت الأسرع، و لكن لأن معدل التأخير في الاستجابة منها قليل جدا، بسبب مساحتها الصغيرة، فلا يضيع وقت في استخراج المعلومات منها ..

فالذاكرة المساعدة لا تزيد عن بضعة كيلوبيتات KiloBytes في مستواها الأول L1 .. حتي لا يضيع المعالج وقتا في البحث عن البيانات بداخلها .. المستوي الثاني L2 يكون أكبر قليلا، وأبطأ قليلا في الاستجابة نتيجة لذلك، والمستوي الثالث L3 يصل الي العشرات من الميجابايتات MegaBytes، لذلك يكون الأبطأ في الاستجابة. أما الذاكرة المؤقتة RAM، فتصل مساحتها التخزينية الي عشرات الجيجابايتات GigaBytes، لذلك فهي الأبطأ علي الإطلاق في سرعة الاستجابة .. الي حد أنها زمن استجابتها يصل الي عشرات اضعاف المستوي الثالث من الذاكرة المساعدة L3 Cache في بطئه.

لذا فمهما كانت سرعة ذاكرة DDR5، حتي لو وصلت 10GHz، وظلت سرعة المعالجات علي 5GHz، فإن الذاكرة المساعدة Cache ستظل أسرع وأكفأ من DDR5 وستظل ضرورية لا غني عنها.

وهنا يجدر بنا الانتقال الي الكشف الأساسي في هذا التقرير، الي مربط الفرس، الي الحقيقة الصادمة! إن سرعة ذواكر DDR5 لن تصل أبدا الي 10GHz، ولا حتي 5GHz، بل ولا حتي 1GHz!! نعم كما قرأت عزيزي القارئ، إن تردد ذواكر DDR5 الحقيقي أقل من هذا بكثير!

ولكي نشرح أكثر يجب أن تعلم القصة منذ بدايتها، منذ البداية للذواكر المؤقتة RAM ..

في البدء كانت هناك ذواكر SDR، وكانت تستخرج أو تنقل اشارة واحدة (1Bit) في كل تردد، فاذا كان تردد الذاكرة 2Hz، فانها تستخرج 2 بت في الثانية 2bit/s .. واذا كان ترددها 200MHz في الثانية، فإنها تستخرج 200 مليون بت Bit في كل ثانية  200,000,000bit/s  .. واختصارا لتلك الأرقام الكبيرة، تم صياغة عدد من المصطلحات لتعبر عن عدد النقلات المليونية في الثانية، مثل Mega Bits Per Second، أو Mbps، ومن خلاله سنعبر عن الـ 200 مليون نقلة هكذا: 200Mbps. هناك كذلك مصطلح آخر قديم اسمه Mega Transfers Per Second، أو MT/s، ويعبر عن الشئ ذاته.

لذا ففي حالة ذاكر SDR بتردد 400MHz، فان الذاكرة قادرة علي القيام بـ 400Mbps نقلة.

ثم جاءت ذواكر DDR1، وانقلبت المعايير رأسا علي عقب!

كانت ذواكر DDR1 تستخرج أو تنقل اشارتين اثنين (2Bit) في كل تردد بدلا من واحدة كما في SDR، وذلك بسبب تعديلات في معمارية الذاكرة ، تجعلها أوسع قدرة علي استخراج البيانات ، بدلا من جعلها أسرع، وهو نفس مفهوم المعالجة المتوازية في المعالجات متعددة الأنوية، فبدلا من جعل المعالج أسرع، نجعله أوسع قدرة علي معالجة البيانات (باستخدام الأنوية الاضافية).

فاذا كان تردد الذاكرة 2Hz فانها تستخرج 4 بت في الثانية 4bit/s .. واذا كان ترددها 200MHz في الثانية، فإنها تستخرج 400 مليون بت في كل ثانية أو 400 مليون نقلة 400Mbps .. أي أن معدل النقل هو ضعف معدل التردد الحقيقي.

وهنا تكمن المشكلة .. فالذاكرة حقيقة تعمل بتردد 200MHz فقط .. لكن المصنعين اختاروا تجاهل هذا التردد والاكتفاء بتحوير معدل النقل 400Mbps الي 400MHz، وكأنه تردد! لأنه يبدو أكبر وأكثر فخامة في الدعايا عن DDR1. لذا فإن ما نراه من ذاكرة DDR1 بسرعة 400MHz تعمل حقا بتردد 200MHz فقط!

ولقد كان السبب الرئيسي في هذا الغش الواضح من قبل المصنعين، أنه سيكون من الصعب اقناع المستخدمين بشراء ذواكر DDR1 التي تعمل بتردد حقيقي 200MHz فقط، اذا كان تردد ذواكر SDR الحقيقي يصل الي 300MHz .. حتي لو كانت DDR1 أسرع من SDR بكثير. كان هذا في عصر كانت سرعة التردد فيه الآمر والناهي في عرف المستخدمين .. لذا فقد اضطر مصنعي الذواكر الي هذا  الأمر اضطرارا.

ثم جاءت ذواكر DDR2، ليزداد الأمر سوءا! لقد كانت لديها القدرة علي أن تستخرج 4 بت من البيانات في كل دورة، لأنها أوسع حتي من DDR1 .. وهذا يعني أن معدل نقلها هو 4bit/s ..أي أربعة أضعاف التردد .. ويعني ذلك أن الذاكرة التي تأتي بتردد 100MHz، ستستطيع نقل أربعة أضعاف هذا التردد الي 400 مليون نقلة 400Mbps ..  وباستخدام أسلوب غش المصنعين، يصير لدينا تردد دعائي 400MHz .. في حين أن تردد الذاكرة الحقيقي لا يتعدي الـ 100MHz.

ومع مقدم ذواكر DDR3 .. ازداد عمق حفرة الخداع أكثر وأكثر .. فذواكر DDR2 تستطيع استخراج 8 بت في كل دورة .. ولذك لأنها أكثر اتساعا من DDR2 .. لذا فان معدل النقل منها يكون 8bit/s لكل تردد .. أي ثمانية أضعاف التردد .. ويعني ذلك أن الذاكرة التي تأتي بتردد 50MHz، ستستطيع نقل أربعة أضعاف هذا التردد الي 400 مليون نقلة 400Mbps .. وباستخدام أسلوب غش المصنعين، يصير لدينا تردد دعائي 400MHz .. في حين أن تردد الذاكرة الحقيقي لا يتعدي الـ 50MHz.

ثلاثة أجيال مختلفة من ذواكر DDR، كلها تعمل بتردد دعائي 400MHz، في حين أنه ولا واحدة منهم تعمل بهذا التردد في الواقع: ذواكر DDR1 تعمل بـ 1/2 التردد الدعائي: 200MHz ذواكر DDR2 تعمل بـ 1/4 التردد الدعائي: 100MHz ذواكر DDR3 تعمل بـ 1/8 التردد الدعائي: 50MHz

وعندما حان دور ذواكر DDR4، اكتفي المصنعون بزيادة ترددها الحقيقي فوق DDR3 وفقط، ولم يتطرقوا الي معدل استخراج البيانات، الذي ظل عند 8 بت كما هو في DDR3. فبدلا من تردد 50MHz الي 200MHz الحقيقي لذواكر DDR3 .. جاءت DDR4 بترددات حقيقية وصلت الي 400MHz مما كفل لها العمل بترددات دعائية وصلت الي 3200MHz.

ثم تأتي ذواكر DDR5 القادمة لتتجاوز كل هذا الي مستويات غير مسبوقة .. ولتحول من حفرة الخداع الي هوة سحيقة! فالذواكر الجديدة لديها القدرة علي استخراج 16 بت في كل دورة، وذلك لأنها أوسع أيضا من DDR3 .. مما يعني أن معدل النقل لديها 16bit/s، أي 16 ضعف التردد! ويعني أن الذاكرة لا تحتاج ان تعمل الا بتردد حقيقي 25MHz، لتقدم معدل نقل 400Mbps أو تردد دعائي 400MHz.

الآن سنضيف الجيل الرابع في دائرة الخداع، فالذاكرة التي تعمل بتردد دعائي 400MHz: ذواكر DDR1 تعمل بـ 1/2 التردد الدعائي: 200MHz ذواكر DDR2 تعمل بـ 1/4 التردد الدعائي: 100MHz ذواكر DDR3 تعمل بـ 1/8 التردد الدعائي: 50MHz ذواكر DDR5 تعمل بـ 1/16 التردد الدعائي: 25MHz

الآن نفهم لماذا لن تصل سرعة ذواكر DDR5 الي 10GHz أبدا، ولماذا لن تتخطي سرعة المعالجات أبدا، والسبب بسيط .. ذاكرة DDR5 التي ستعمل بتردد 10GHz، هي في الأصل تعمل بسرعة حقيقية لا تتخطي الـ 625MHz، لكنها تستطيع نقل 16 بت في كل تردد، لذا فمعدل استخراجها للبيانات Mega Bits Per Second هو 16 ضعف معدل ترددها، أي 10,000Mbps أو نقلة في الثانية .. لكن مصنعي الذواكر يستبدلون معدل النقل بالتردد لتصير 10,000MHz أو 10GHz.

لهذا لا يمكن للذواكر المؤقتة RAM أن تستبدل الذواكر المساعدة Cache، والسبب ببساطة أنها تعمل بترددات سحيقة للغاية مقارنة بترددات المعالجات .. كيف يمكنك مقارنة تردد 625MHz بـ تردد 5000MHz!

ويمكنك ملاحظة هذا الأمر في المعالجات الرسومية GPUs .. إن تردد الذواكر المؤقتة هناك يصل الي 14GHz مع ذواكر GDDR6 .. ومع ذلك لا تستغني تلك المعالجات عن الذواكر المساعدة Cache، ولم يعلن أحد أن سرعة الذواكر تخطت سرعة المعالج الرسومي GPU .. بل علي العكس هي تظل أقل بكثير .. فالتردد الحقيقي لذاكرة 14GHz هو 875MHz فقط.

إننا نطمح بشدة لوقت ستصير فيه الذواكر كلها تعمل بنفس سرعة المعالجات، فهذا يعني أن المعالجات ستعتصر لآخر قطرة وستتفادي نقاط الاختناق، وستقدم أداء أعلي، لكن هذا الأمر يبدو بعيد المنال بشدة، حتي مع أجيال ذواكر DDR المتعاقبة ..  ربما مع جيل DDR10؟