RDRAM이 가지는 잇점과 특징

앞 페이지에서 RDRAM의 여러가지 특징들을 알아보았다. 기본적으로 시리얼 인터페이스에 기반하는 RDRAM은 기존의 메모리들의 개념을 완전히 바꿔놓은 것이며 이로 인해서 상당히 많은 잇점을 제공해준다. 우선, RDRAM이 가지는 잇점을 정리해 보면 다음과 같다.

1. 높은 클럭을 구현할 수 있다.

이는 전적으로 시리얼 인터페이스라는 점에 의해서 가능해진다. 앞서도 언급되었듯이, 시리얼 인터페이스는 매우 좁은 폭의 데이터 버스를 갖는다.

데이터 버스의 폭이 좁아짐으로써, PCB의 설계 등에서 개개의 데이터 버스에 대한 쉴딩 등을 강화함으로써 노이즈에 대한 면역성을 늘릴 수 있으며, 또한 각 신호선의 길이를 동일하게 만드는 작업도 용이하다. 물론, 이러한 노이즈 면역성에는 디퍼런셜 데이터 전송 기법도 한몫을 하고 있다. 노이즈에 대한 면역성이 증가하는 등의 기초적인 특성이 강화됨으로써, 데이터 전송시에 나타나는 왜곡이 대단히 큰 폭으로 줄어든다. 따라서, 메모리의 클럭을 상당히 높은 수준까지 끌어올릴 수 있는 것이다. 현재 RDRAM은 533MHz로 동작하는 칩(DDR 1066MHz)이 출하되고 있으며, 곧 600MHz(DDR 1200MHz)로 동작하는 칩도 등장할 예정이다.

2. 낮은 레이턴시의  구현

SDRAM은 주소 정보를 메모리로 전송할 때 행(row)과 열(column)의 정보가 하나의 신호선으로 전송된다. 따라서, 이들 두 정보는 동시에 입력되는 것이 불가능하다. 그러나 RDRAM은 행과 열의 정보 전달에 별도의 신호선을 사용한다. 이러한 구조적인 차이로 인해서 같은 수의 뱅크를 사용한 뱅크 인터리빙을 할 때에도 RDRAM은 보다 빠르게 동작할 수 있다. 이는 앞서 설명했던 뱅크 인터리빙의 과정을 생각하면 쉽게 이해할 수 있다.

SDRAM은 뱅크 인터리빙을 한다고 해도 Row 및 Col 신호가 입력될 수 없기 때문에 SDRAM에 비해서 약간 처지게 되는 것이다. 뿐만 아니라, RDRAM이 훨씬 많은 뱅크를 가지고 있다는 것도 뱅크 인터리빙에서의 장점으로 작용한다.

RDRAM이나 SDRAM/DDR SDRAM이나 하나의 칩에 4개의 뱅크가 들어간다는 점에서는 동일하다. 그러나 이들 뱅크가 직렬로 연결되느냐 병렬로 연결되느냐에 따라서 메모리 내의 실질적인 뱅크의 수에서 차이가 나게 된다. 다음의 일러스트를 보자.

RDRAM은 직렬 연결이기 때문에 칩을 붙이는대로 해당 칩이 가지고 있는 뱅크의 숫자가 더해져서 총 뱅크의 숫자가 늘어난다. 8개의 칩을 사용한다고 했을 때, RDRAM에는 총 32개의 뱅크가 존재하게 된다. 그러나 SDRAM에서는 각각의 칩이 병렬로 연결되기 때문에 언제나 4개의 뱅크만이 존재한다. 뱅크의 숫자가 늘어나면 앞서도 언급했던, 뱅크 충돌의 확률이 상당히 낮아진다.

따라서, RDRAM에서는 뱅크 충돌의 확률이 SDRAM에서보다 월등히 적으며, 이는 곧 지연시간의 감소로 이어진다. 그 결과는 다음과 같다.

3. 높은 실효 데이터 전송 대역폭

흔히 메모리의 대역폭을 이야기할 때 최대치(peak memory bandwidth)만으로 판단하곤 한다. 그러나 정작 제대로 따져보아야 할 것은 최대치가 아니라 실효 데이터 전송 대역폭(이하 실효 대역폭. effective bandwidth)이다.

우선, 앞서 이야기한 바와 같이 DDR SDRAM이나 SDRAM에서는 뱅크 충돌의 확률이 RDRAM보다 높다. 즉 뱅크 인터리빙으로 인한 레이턴시 감소나 성능 향상의 폭이 RDRAM보다 적다는 것이다. 또한, 병렬 구조로 인한 또한가지 문제가 있다. 다음의 SDRAM 토폴로지를 보자.

중요한 것은 Row 및 Col 정보를 전달하는 어드레스 신호선이다. 이 신호선이 모든 SDRAM 칩에 다 연결되어 있다. 물론 이것은 RDRAM에서도 마찬가지이지만, RDRAM에서는 Row와 Col의 정보가 전달되는 신호선을 분리해 놓았기 때문에 보다 유연한 파이프라이닝이 가능하다. 그러나 SDRAM에서는 어드레스 신호선이 Row와 Col 정보를 모두 전달하기 때문에 그러한 잇점은 기대할 수 없다. 결국, 어드레스 신호선을 통해서 전해질 데이터의 주소정보가 폭주하는 현상이 발생한다.

바이오스의 메모리 관련 메뉴에서 볼 수 있는 2T Command가 바로 이러한 문제를 해결하기 위한 방법이다. 많은 메모리 칩을 사용할 경우에 주소 정보를 한번에 다 보낼 수가 없어서 2번에 나누어 보내는 것이다. 이렇게 함으로써 어드레스 신호선 대역폭의 부족은 해결할 수 있지만 전체적인 성능이 저하된다.

결국, SDRAM(DDR 포함)은 레이턴시가 길기도 하거니와 위와 같은 이유로 인해 실질적인 성능이 스펙으로부터 계산해낼 수 있는 최대치에 상당히 못미치게 된다. 바로 이것이 실효대역폭이 의미하는 바이며, RDRAM과 SDRAM의 실효대역폭을 비교해 보면 다음과 같다.

위 자료는 램버스사에서 발표한 자료(RDRAM Memory : Maximizing the Value of PCs and Workstations)에서 발췌한 것이어서 RDRAM에 유리하도록 약간의 과정이 있는 것 같다. PC133 SDRAM과 DDR SDRAM의 경우 위의 자료보다는 효율이 좀 높은 편이어서 DDR266 SDRAM은 실제적인 데이터 전송 효율은 약 55%정도라고 한다.

4. 높은 대역폭을 만들어낼 수 있다.

높은 메모리 대역폭을 만들어낼 수 있다. 이것은 이미 840, 850 등의 칩셋에서 선보였다. 바로 듀얼채널의 구성이다. SDRAM의 경우 듀얼채널의 구성이 대단히 까다롭다. 신호선이 지나치게 많아지기 때문이다. 물론 이제 SDRAM의 듀얼채널은 이미 840에서 시도된 바 있으며, DDR의 듀얼채널은 nForce에서 어설프게 한번 구현되 본 후 앞으로 출시될 스프링데일 및 P4X600/800 칩셋에서 본격적으로 적용될 예정이다. 그러나 RDRAM의 듀얼채널은 이미 재작년에 등장한 바 있다. 이것은 RDRAM이 듀얼채널을 적용하기에 훨씬 쉽기 때문이다.

SDRAM은 64개의 데이터 버스를 갖는다. 물론 이와는 별도로 주소 및 클럭 등의 신호를 보내야만 하며 그 결과 64bit의 버스를 갖는 일반 SDRAM은 하나의 채널에서 약 150개 이상의 핀을 필요로 한다. 또한 DDR의 경우 좀 더 많은 핀이 요구되어서 최소한 180개는 되어야만 한다. 그러나, RDRAM의 경우 하나의 채널을 구성하는데에 76개의 핀이면 족하다. 버스폭이 16bit로 상당히 좁기 때문이다.

그래서 RDRAM을 사용하면 보드의 설계에 여유가 생긴다. 공간을 보다 여유롭게 사용할 수 있으며 당연히 듀얼채널의 구성 역시 SDRAM보다 훨씬 유리하다. 듀얼채널, 쿼드채널을 만들어낼 수 있다는 것은 3.2GB/s나 6.4GB/s 등의 대단히 높은 메모리 전송 대역폭을 만들어낼 수 있게 해 준다.

5. 다양한 메모리 용량의 구성이 가능하다

다양한 메모리 용량의 구성이 가능하다는 것 역시 직렬연결 방식에 기인하고 있다.

SDRAM의 경우를 생각해보자. SDRAM은 64bit의 버스를 구성하기 위해서 8bit의 폭을 갖는 칩 8개를 탑재한다. 만약 이 메모리의 용량을 늘리고자 할때, 1.5배로 늘리거나 한다는 것은 불가능하다. 버스 폭을 맞추어야 하기 때문에 같은 수의 같은 종류의 칩을 더 탑재해서 2배로 늘려야만 한다. 그 때문에 SDRAM DIMM의 용량은 8MB, 16, 32, 64, 128, 256, 512등의 2의 누승으로 커온 것이다.

RIMM에서는 이러한 제약이 사라진다. 직렬 연결이기 때문에 칩을 몇개를 연결한다고 해도 어차피 버스의 폭은 16bit로 불변이다. 그래서 칩을 하나를 사용하던, 두개를 사용하던, n개를 사용하던 아무런 상관이 없는 것이다. 그래서 최소 1개에서 최대 32개(RDRAM의 지원한계)의 RDRAM 디바이스를 자유로이 사용해서 용량을 구현할 수 있다.

현재 제조되고 있는 RDRAM 모듈은 최소 2개에서 최대 16개까지의 메모리 칩을 사용해서 RIMM을 구성한다. 또한 다른 타입의 메모리들과 용량을 맞추기 위해서 7개라거나 12개 등의 애매한 숫자를 사용한 구성은 만들어지지 않고 있다. (그러나 56MB라거나 96MB라거나 하는 황당한 용량의 메모리가 시장에 등장한다면 대단히 재밌을 것 같기는 하다. -_-)

6. 메모리 제조사들의 생산성을 향상시킬 수 있다.

당연하게도, 메모리 제조사들은 이 부분을 가장 좋아한다. SDRAM은 같은 용량, 같은 속도에서도 여러가지 칩이 존재한다. 버스의 폭을 맞추어야 하기 때문이다. 64bit의 버스를 구성하기 위해서는 8bit의 버스를 갖는 칩 8개를 사용하거나 16bit의 칩을 가지는 칩을 4개, 32bit 버스의 칩 2개 등을 사용한다. 앞서 언급했듯이, RDRAM은 모두 16bit의 버스를 가지고 있으며, 하나의 모듈에 몇개의 칩이 장착되는가는 버스의 폭과 무관하다고 하였다.

즉, 같은 용량과 같은 속도라면 RDRAM은 한가지만이 존재한다.(ECC까지 해서 한가지가 더 있기는 하지만 이것은 뒤에 다시 언급한다.) 메모리 생산 회사의 입장에서, 이만큼 편한것이 또 어디에있을까. 다음의 화면을 보자.

256Mbit 용량의 DDR200/266/333용 SDRAM을 삼성전자에서는 다음과 같은 여러가지 모델로 생산하고 있다.

256Mbit DDR SDRAM의 종류. 삼성전자 홈페이지에서 발췌

여기서 주목해 보아야 할 부분은 Organization이다. 예를 들어서 64M x 4라는 것은 4bit의 버스폭을 가진 셀이 64M개로 256Mbit를 구성했다는 이야기이다. 그 아래로 있는 내용들을 보면, 8bit, 16bit 등의 버스를 가지는 칩이 존재하며, 또한 패키징 방식에 따라서 TSOP2나 sTSOP2, FBGA 등으로 구분되어서 총 8가지가 있다. 그러나 RDRAM은 다르다.

256Mbit RDRAM의 종류. 삼성전자 홈페이지에서 발췌

달랑 한 종류의 칩만이 존재한다. 이는 굳이 다양한 메모리를 만들 필요성이 없기도 하거니와 여러가지가 존재할수도 없기 때문이다. 물론 같은 파트넘버 내에서 메모리의 속도에 의한 구별이 이루어지기는 하지만, 용량만을 따진다면 한가지밖에 없는 것이다. 주목할 부분은 역시 Organazation이다. 512k x 16으로 되어있다. 즉, 16bit의 버스폭을 가지며, 이러한 셀이 512k개 있다는 것이므로 총 256MB가 만들어진다.

제조사의 입장에서, 제품을 한 종류만 생산해서 여러가지 제품군에 대응시킬 수 있다면 상당히 큰 잇점을 가진다. 재고의 낭비도 줄어들고, 생산라인도 줄어들고, 생산효율성도 높아지고, 결국 이는 원가의 절감으로 이어지게 된다.

RDRAM의 단점

장점을 주욱 열거했지만, 당연히 단점도 존재한다.

1. 메모리 모듈 수의 제약

우선 많은 모듈을 사용할 수 없다. 820 칩셋에서는 최대 2개까지의 모듈을 사용했으며, 듀얼채널의 850, 860에서도 최대 4개까지, 그리고 MRH 칩셋을 사용해서야 8개의 모듈을 사용할 수 있다. 이러한 문제는 직렬 연결로 인해서 지나치게 길어지는 회로의 길이 때문이다. SDRAM이나 DDR SDRAM의 경우 서버용 메인보드라면 8개, 16개의 슬롯을 가지는 메인보드를 흔히 볼 수 있다.

수퍼마이크로사의 P4DPE 메인보드. DDR SDRAM을 8개까지 지원한다.
수퍼마이크로 홈페이지에서 발췌

그러나 RDRAM을 8개 혹은 16개 사용하기 위해서는 당장 앞서 보았던 것과 같은 별도의 라이저 카드가 필요해진다. MRH 및 관련 부품이 차지하는 공간이 지나치게 넒어지게 때문이다. 당연히, 제품의 가격도 상당히 비싸질 수밖에 없다.

이러한 모듈 수의 제약은 16bit RIMM 뿐만 아니라 내부적으로 2채널이 구성되어 있는 32bit RIMM이나 내부적으로 4채널을 가지는 64bit RIMM에도 이어진다. 32bit RIMM, 64bit RIMM 모두 하나의 채널 안에서는 2개의 모듈만을 사용할 수 있다.

사용할 수 있는 모듈의 수가 채널당 2개로 제한받는다는 것은 특히나 서버용 메인보드에 있어서는 상당히 괴로운 약점이 되어버린다. 물론, 256Mbit의 칩을 사용면 하나의 모듈로 512MB, 2개의 모듈이면 1GB를 구현할 수 있고, 사용되는 칩이 512Mbit짜리로 바뀐다면 최대 2GB를 만들수 있기는 하지만, DDR SDRAM이나 SDRAM을 사용하는 메인보드들이 자랑하는 '최대 24GB DDR SDRAM 지원, 최대 32GB DDR SDRAM 지원' 등의 엽기적인 스펙은 도저히 따라갈 수가 없다(그런 엽기적인 보드는 이곳(클릭)으로 가면 많이 볼 수 있다. 즐비한 메모리 슬롯의 숫자라던가 두개 네개씩 "옹기종기 모여있는 CPU 소켓"이란.....쿨럭.).

2. 연속성 모듈의 필요성

또하나의 단점으로써, 반드시 연속성 모듈(RDRAM Continuity Module)을 필요로 한다. RDRAM은 직렬 버스로 처음부터 끝까지 연결되어 있는 것이며, 처음에는 메모리 컨트롤러가, 그리고 끝에는 터미네이터가 위치한다. 그래서 그 연결구조를 끊지 않기 위해서, 사용하지 않는 메모리 슬롯에는 연속성 모듈이 장착되어 있어야만 하는 것이다. 몇몇 초보자들의 경우 이것을 단지 비어있는 슬롯을 채워놓기 위한 것으로 보고 이를 빼버리는 경우가 있다.(물론 그 이후에는 시스템이 돌아가지 않는다고 바로 AS 센터로 전화를....) 주의가 필요한 부분이다.

연속성 모듈에 대한 문제 역시 32bit, 64bit RIMM에 고스란히 계승된다. 32bit나 64bit RIMM 모두 2개의 메모리 슬롯 중 하나만 사용하는 경우에는 다른 한 슬롯에 연속성 모듈이 장착되어 있어야만 한다.

그 외의 RDRAM의 특징

1. 이전에는 μBGA 방식이라서 제조에 불리하다고 했는데 지금은 안그런가?

μBGA 방식의 패키징(칩 아래쪽에 작은 솔더 볼들이 위치한 방식. 은 보다 높은 성능을 얻기 위해서는 필수불가결한 요소이다. 물론 TSOP 패키지(현재의 SDRAM들처럼, 칩 양쪽으로 다리가 나와있는 방식)이 더 만들기 쉽기는 하지만 클럭을 향상시키기가 어려워서 이제는 DDR SDRAM 메모리들도 μBGA 방식을 취하고 있는 상황이다. 즉, RDRAM이 μBGA 방식의 패키징이기 때문에 가지는 불리함은 이제 완전히 사라졌다고 보아도 좋다.

2. 레지스터드메모리가 없는데...

RDRAM에는 레지스터드 메모리가 존재하지 않는다. 레지스터드 메모리는 다수의 칩을 장착한 메모리 모듈에서 신호의 타이밍을 제대로 동기화시켜서 신호왜곡(skew)를 최소화시키기 위한 메모리였다. 이 과정에서 한번의 클럭을 소모하므로 성능의 저하가 있었지만, 대용량의 메모리를 구현할 수 있다는 장점 때문에 서버용 메모리에서 주로 사용된다.

한편, RDRAM은 시리얼 버스를 택하고 있어서 신호의 왜곡이 대단히 적으며, 그래서 레지스터를 필요로 하지 않는다. 즉, RDRAM에서는 레지스터드 메모리가 굳이 필요하지 않다. (물론 사용할 수 있는 디바이스의 수나 모듈의 수가 제한되어 있기 때문이기도 하다.)

3. ECC 메모리용 칩이 따로 있는데..

SDRAM은 병렬연결이었으며, 8개 혹은 16개의 칩을 병렬연결했다. 그래서 8bit 당 1bit씩의 패리티 비트를 두어서 ECC를 구현하기 위한 방법으로 칩 8개 당 1개씩의 칩을 추가로 사용하였다. 그래서 ECC SDRAM 혹은 ECC DDR SDRAM은 9개나 18개, 36개의 칩을 탑재한다.

그런데, RDRAM은 ECC 메모리도 일반 메모리와 칩의 개수가 똑같다. 대신 칩의 종류가 틀리다. 다음의 화면을 보자.

256Mbit RDRAM의 종류. 삼성전자 홈페이지에서 발췌

288Mbit ECC RDRAM의 종류. 삼성전자 홈페이지에서 발췌

다른 부분은 다 똑같은데, 단지 Organization이 틀리다. 버스의 폭이 18bit가 된 것을 알 수 있다. 즉, 8bit당 1bit의 패리티를 둔 것이며 이것을 사용하여 ECC를 구현한다. 별도의 칩이 필요한 것은 RDRAM이 직렬연결이기 때문이다. 하나의 모듈 상에서 사용되는 칩의 개수가 딱히 정해져 있지 않은 직렬구조에서 8bit당 1bit의 패리티를 주기 위해서는 칩 자체의 버스를 18bit로 바꾸어야만 했다. 또한 그렇게 하지 않고서는 ECC의 구현이 불가능하기 때문이기도 하다.