DDR3 – Double Data Rate 3 SDRAM

Abkürzung: DDR3

DDR3 ist die dritte Generation des DDR-SDRAM: 1,5 V Betriebsspannung, 800 bis 2133 MT/s nach JEDEC, Prefetch 8n und ein 240-poliges DIMM, das trotz gleicher Pinzahl nicht in DDR2-Steckplätze passt.

Datenblatt

Was DDR3 von DDR2 unterscheidet

Der Prefetch verdoppelt sich von 4n auf 8n: Bei jedem internen Speicherzugriff liest der Chip acht Datenwörter parallel aus dem Zellenfeld und gibt sie über die I/O-Schnittstelle mit vierfachem Kerntakt (Double Data Rate bei doppeltem I/O-Takt) aus. Der Kern einer DDR3-1600 läuft mit 200 MHz, das I/O mit 800 MHz. Damit lässt sich die Datenrate steigern, ohne die eigentlichen Speicherzellen schneller zu machen – der Preis dafür ist eine feste Burstlänge von 8, die für kurze Zugriffe per Burst Chop auf 4 gekürzt werden kann.

Die zweite große Änderung ist die Fly-by-Topologie. Bei DDR2 werden Takt, Command und Adresse sternförmig (T-Branch) an alle Chips eines Moduls verteilt. DDR3 führt diese Leitungen als Kette an den Chips vorbei, mit Abschlusswiderstand am Ende. Das erlaubt höhere Taktraten, weil die Leitung sauberer definiert ist, bedeutet aber, dass jeder Chip die Signale zu einem etwas anderen Zeitpunkt sieht. Der Speichercontroller gleicht das per Write Leveling und Read Leveling beim Einschalten aus – zusätzliche Kalibrierschritte, die es bei DDR2 so nicht gab.

Weitere Neuerungen:

• ZQ-Kalibrierung: Ein externer 240-Ω-Referenzwiderstand am ZQ-Pin erlaubt dem Chip, seinen Ausgangswiderstand (RON, 34 oder 40 Ω) und die On-Die-Termination selbst abzugleichen – unabhängig von Fertigungsstreuung, Spannung und Temperatur.
• Dynamic ODT: Der Abschlusswiderstand kann für Schreibzugriffe automatisch umgeschaltet werden.
• Reset-Pin: Ein definierter Rücksetzzustand, den DDR2 nicht hatte.
• Temperaturgesteuerter Self-Refresh und Partial Array Self Refresh für den Standby-Betrieb.

Spannungsvarianten

Die Norm sieht 1,5 V vor. DDR3L (JESD79-3-1) senkt auf 1,35 V und ist mit 1,5 V abwärtskompatibel: Ein DDR3L-Modul läuft in jedem DDR3-Sockel. Umgekehrt gilt das nicht. Spätere Notebook- und Desktop-Plattformen (Intel ab Haswell-ULT bzw. Skylake) spezifizieren ausschließlich DDR3L; 1,5-V-Module können dort den Speichercontroller beschädigen. Beim Nachrüsten älterer Geräte ist das die wichtigste Angabe im Datenblatt des Moduls. DDR3U mit 1,25 V blieb eine Randerscheinung.

Modulformate

Das 240-Pin-DIMM hat dieselbe Breite von 133,35 mm und dieselbe Pinzahl wie das DDR2-DIMM. Die Kerbe sitzt jedoch an anderer Stelle, sodass ein Einstecken in den falschen Sockel mechanisch verhindert wird.

Takt, Timings und Übertaktung

Die JEDEC-Profile reichen von DDR3-800 CL5 bis DDR3-2133 CL14. Verbreitet sind DDR3-1333 CL9 (9-9-9-24) und DDR3-1600 CL11 (11-11-11-28). Das SPD-EEPROM (256 Byte) enthält diese Profile; Intel XMP 1.x ergänzt Übertaktungsprofile wie DDR3-1600 CL9 oder DDR3-2400 CL11, die das BIOS auf Anforderung lädt. Consumer-Module über 2133 MT/s liegen außerhalb der Norm.

Die absolute Latenz bleibt über die Profile hinweg etwa gleich: DDR3-1333 CL9 und DDR3-1600 CL11 liegen beide bei rund 13,5 ns.

Kompatibilität

• DDR3 passt mechanisch weder in DDR2- noch in DDR4-Steckplätze.
• Der Speichercontroller sitzt seit dieser Generation durchgehend in der CPU (Intel ab Nehalem, AMD ab Athlon 64 schon zuvor). Welche Spannung, Taktrate und Modulart ein Board nimmt, legt daher die CPU fest.
• Triple Channel gab es nur bei Intel Nehalem/Westmere (LGA 1366); alle späteren Desktop-Plattformen sind Dual Channel, Server-Sockel bis Quad Channel.
• Module unterschiedlicher Geschwindigkeit laufen gemeinsam mit dem jeweils langsamsten JEDEC-Profil.

Der Vergleich aller Bauformen und Generationen mit Kerbenpositionen steht im Guide Speicherbauformen.

Normen und Quellen

• JEDEC JESD79-3 – DDR3 SDRAM Standard
• JEDEC JESD79-3-1 – DDR3L SDRAM (1,35 V), JESD79-3-2 – DDR3U SDRAM (1,25 V)
• JEDEC JESD21-C – Module Standards (240-Pin DDR3 DIMM, 204-Pin DDR3 SO-DIMM)
• JEDEC Serial Presence Detect (SPD) for DDR3 SDRAM Modules