マルチチャネルメモリアーキテクチャ

デジタルエレクトロニクスとコンピュータハードウェアの分野において、マルチチャネルメモリアーキテクチャは、DRAMメモリとメモリコントローラ間の通信チャネルを追加することで、両者間のデータ転送速度を向上させる技術である。理論的には、これにより、存在するチャネルの数だけデータ転送速度が増加する。デュアルチャネルメモリは2つのチャネルを使用する。この技術は1960年代にまで遡り、IBM System/360 Model 91やCDC 6600で使用されていた。^[1]

AMD Ryzen ThreadripperシリーズやIntel Core i9 Extreme Editionラインアップなどの最新のハイエンド デスクトップおよびワークステーション プロセッサは、クアッド チャネル メモリをサポートしています。AMD Epycシリーズおよび Intel Xeonプラットフォームのサーバー プロセッサは、クアッド チャネル モジュール レイアウトから最大 12 チャネル レイアウトまでのメモリ帯域幅をサポートしています。^[2] 2010 年 3 月、AMD はクアッド チャネル メモリをサポートするSocket G34および Magny-Cours Opteron 6100 シリーズ^{[3]プロセッサをリリースしました。2006 年には、Intel が}LGA771プラットフォーム^[4]向けにクアッド チャネル メモリをサポートするチップセットをリリースし、2011 年にはLGA2011プラットフォーム向けにもリリースしました。^[5]さらに多くのチャネルを備えたマイクロコンピュータ チップセットが設計されました。たとえば、AlphaStation 600 (1995) のチップセットは 8 チャネル メモリをサポートしていますが、マシンのバックプレーンは動作を 4 チャネルに制限していました。 ^[6]

PC システム アーキテクチャのデュアル チャネル対応メモリ コントローラは、2 つの 64 ビット データ チャネルを使用します。デュアル チャネルは、 DRAM クロックごとに 2 回データ交換が行われるダブル データ レート(DDR) と混同しないでください。この 2 つのテクノロジは互いに独立しており、多くのマザーボードはデュアル チャネル構成で DDR メモリを使用することで両方を使用しています。

デュアル チャネル アーキテクチャには、デュアル チャネル対応のマザーボードと 2 つ以上の DDR メモリ モジュールが必要です。メモリ モジュールは、それぞれ異なるチャネルに属する対応するバンクにインストールされます。マザーボードのマニュアルには、その特定のユニットのメモリのインストール方法が説明されています。通常、対応するメモリ モジュールのペアは各チャネルの最初のバンクに配置され、異なる容量のモジュールのペアは 2 番目のバンクに配置されます。^[7]異なる速度のモジュールはデュアル チャネル モードで実行できますが、マザーボードはすべてのメモリ モジュールを最も遅いモジュールの速度で実行します。ただし、一部のマザーボードでは、特定のブランドまたはモデルのメモリをデュアル チャネル モードで使用しようとすると互換性の問題が発生します。このため、通常は同一のメモリ モジュールのペアを使用することが推奨されており、ほとんどのメモリ メーカーが現在、対応するペアの DIMM の「キット」を販売しています。マザーボード メーカーの中には、「対応するペア」のモジュールを使用する構成のみをサポートしているところもあります。対応するペアは、次の点で一致している必要があります。

• 容量 (例: 1024 MB)。一部の Intel チップセットは、Flex モードと呼ばれる異なる容量のチップをサポートしています。一致できる容量はデュアル チャネルで実行され、残りはシングル チャネルで実行されます。
• 速度 (例: PC5300)。速度が同じでない場合は、2 つのモジュールのうち速度の低い方が使用されます。同様に、2 つのモジュールのうちレイテンシの高い方が使用されます。
• CAS (列アドレス ストローブ) レイテンシ、または CL。
• チップと面の数 (例: 2 つの面があり、各面に 4 つのチップがある)。
• 行と列のサイズ。

理論的には、マザーボードがこのアーキテクチャをサポートしていれば、一致するメモリ モジュールのペアは、シングル チャネルまたはデュアル チャネルのいずれかの操作で使用できます。

DDR5の導入により、各 DDR5 DIMM には 2 つの独立したサブチャネルが存在します。

理論的には、デュアル チャネル構成では、シングル チャネル構成と比較してメモリ帯域幅が 2 倍になります。これは、メモリ バス クロック信号の立ち上がりエッジと立ち下がりエッジの両方でデータを転送することで DRAM バスの使用量を 2 倍にするダブル データ レート(DDR) メモリと混同しないでください。

デュアルチャネルは、もともと 2 つの 64 ビット バスを 1 つの 128 ビット バスに統合することでメモリ スループットを最大化する方法として考案されました。^{[議論中–議論] [引用が必要]}これは、回想的に「ギャング」モードと呼ばれています。しかし、コンシューマー アプリケーションのパフォーマンス向上が不十分なため、^{[8]デュアルチャネルのより新しい実装では、デフォルトで「アンギャング」モードが使用されています。このモードでは、2 つの 64 ビット メモリ バスが維持されますが、各チャネルへの独立したアクセスが許可され、}マルチコア プロセッサによるマルチスレッドがサポートされます。^{[9] [10]}

「ギャング」と「アンギャング」の違いは、 JBODと比較した場合のRAID 0の動作方法との類似性として想像することもできます。^[11] RAID 0（「ギャング」モードに類似）では、追加のロジックレイヤーが、利用可能なすべてのハードウェアユニット（ストレージデバイスまたはメモリモジュール）をより適切に（理想的には均等に）使用し、全体的なパフォーマンスを向上させます。一方、JBOD（「アンギャング」モードに類似）では、統計的な使用パターンに依存して、利用可能なすべてのハードウェアユニットを均等に使用することで全体的なパフォーマンスが向上します。^{[9] [10]}

DDR3トリプルチャネルアーキテクチャは、Intel Core i7 -900 シリーズで使用されています (Intel Core i7-800 シリーズはデュアルチャネルまでしかサポートしていません)。LGA 1366 プラットフォーム (例: Intel X58) は、通常 1333 および 1600Mhz の DDR3 トリプルチャネルをサポートしていますが、特定のマザーボードではより高いクロック速度で動作できます。AMD Socket AM3 プロセッサは、DDR3 トリプルチャネルアーキテクチャを使用せず、代わりにデュアルチャネル DDR3 メモリを使用します。同じことが、LGA 1156プラットフォーム (例: Intel P55 )で使用されるIntel Core i3、 Core i5 、および Core i7-800 シリーズにも当てはまります。Intel によると、1066 MHz で動作する DDR3 を搭載した Core i7 は、トリプルチャネルインターリーブモードで動作している場合、ピークデータ転送速度が 25.6 GB/s になります。これにより、システムパフォーマンスが高速化し、ワットあたりのパフォーマンスも向上すると Intel は主張しています。^[12]

トリプル チャネル モードで動作する場合、インターリーブによりメモリ レイテンシが短縮されます。つまり、1 つのモジュールが完全にいっぱいになってから次のモジュールにアクセスするのではなく、各モジュールに小さなデータ ビットが順番にアクセスされます。データはモジュール間で交互に分散されるため、すべてのデータを 1 つのモジュールに保存する場合と比べて、同じ量のデータに対して利用可能なメモリ帯域幅が 3 倍になる可能性があります。

このアーキテクチャは、3つまたは3の倍数のメモリモジュールの容量と速度がすべて同一であり、3チャネルスロットに配置されている場合にのみ使用できます。2つのメモリモジュールがインストールされている場合、アーキテクチャはデュアルチャネルアーキテクチャモードで動作します。^[13]

クアッドチャネルメモリは、2010年にIntelのXeon CPUのNehalem-EX LGA 1567プラットフォーム（別名Beckton）でデビューし、 2011年後半にSandy Bridge-EとともにIntel X79 LGA 2011プラットフォームのハイエンド製品ラインに導入されました。DDR4はIntel X99 LGA 2011プラットフォーム（別名Haswell-E）でDDR3に取って代わり、AMDのThreadripperプラットフォームでも使用されています。^[16] DDR3クアッドチャネルアーキテクチャは、AMD G34プラットフォームと、Haswellより前の前述のIntel CPUで使用されています。C32プラットフォーム用のAMDプロセッサとLGA 1155プラットフォーム用のIntelプロセッサ（ Intel Z68など）は、代わりにデュアルチャネルDDR3メモリを使用します 。

このアーキテクチャは、4つのメモリモジュール（または4の倍数）の容量と速度がすべて同一であり、クアッドチャネルスロットに配置されている場合にのみ使用できます。2つのメモリモジュールがインストールされている場合、アーキテクチャはデュアルチャネルモードで動作します。3つのメモリモジュールがインストールされている場合、アーキテクチャはトリプルチャネルモードで動作します。^[13]

TweakTown が SiSoftware Sandra を使用して実行したベンチマークでは、デュアル チャネル構成と比較して、クアッド チャネル構成のパフォーマンスが約 70% 向上しました。^{[17] : p. 5} TweakTown が同じテーマで実行した他のテストでは、パフォーマンスに大きな違いは見られませんでした。このことから、すべてのベンチマーク ソフトウェアが、マルチ チャネル メモリ構成によって提供される並列処理の向上を活用できるわけではないという結論に至りました。^{[17] : p. 6}

Qualcomm Centriqサーバープロセッサ^[20]およびIntel Xeon Scalableプラットフォームのプロセッサによってサポートされています。 ^[21]

Cavium ThunderX2サーバープロセッサ、AMDのEpycプラットフォームのサーバープロセッサ、およびプロフェッショナルクラスのワークステーションプロセッサのThreadripper PROラインナップによってサポートされています。 ^{[22] [23] [24]}

ドデカチャネルまたは12チャネルのメモリアーキテクチャは、2022年にリリースされたAMDのEpyc 9004プラットフォームからDDR5メモリを使用してAMDのサーバープロセッサに導入されました。^[25]

• インターフェースビットレートのリスト
• ロックステップ（コンピューティング）

• 「シングル、デュアル、トリプル、フレックスメモリモード」、デスクトップマザーボードのサポート、Intel。
• デュアル、トリプル、クアッド チャネル メモリ アーキテクチャについて知っておくべきことすべて、2011 年 11 月、Hardware Secrets
• X9 シリーズ DP マザーボードのメモリ構成ガイド - 改訂版 Ivy Bridge アップデート (ソケット R および B2)、2014 年 1 月、Super Micro Computer, Inc.
• DDR3 メモリ周波数ガイド、2012 年 5 月、AMD (アーカイブ)