DDR5的魅力,究竟在哪裡?

與非網 4 月 7 日訊,DDR5的主要特性是芯片容量,不僅僅是更高的性能和更低的功耗還有更高的密度。

據悉,2019 年 2 月 20 日,JEDEC(固態存儲協會)正式發佈了 JESD209-5,即 Low Power Double Data Rate 5 (LPDDR5)全新低功耗內存標準。

相較於 2014 年發佈的第一代 LPDDR4 標準,LPDDR5 的 I/O 速度從 3200 MT/s 提升到 6400 MT/s(DRAM 速度 6400Mbps),直接翻番。如果匹配高端智能機常見的 64bit bus,每秒可以傳送 51.2GB 數據;要是 PC 的 128bit BUS,每秒破 100GB 無壓力。

固態協會認為,LPDDR5 有望對下一代便攜電子設備(手機、平板)的性能產生巨大提升,為了實現這一改進,標準對 LPDDR5 體系結構進行了重新設計,轉向最高 16 Bank 可編程和多時鐘體系結構。

同時,還引入了數據複製(Data-Copy)和寫 X(Write-X)兩個減少數據傳輸操作的命令來降低整體系統功耗,前者可以將單個陣腳的數據直接複製到其它針腳,後者則減少了 SoC 和 RAM 傳遞數據時的耗電。

另外,LPDDR5 還引入了鏈路 ECC 糾錯,信號電壓 250mV,Vddq/Vdd2 電壓還是 1.1V。

韓國媒體早前表示,全球第二大內存製造商 SK 海力士(SK Hynix)為臺式機性能更高的粉絲帶來了令人振奮的消息:他們目前正準備開始批量生產首批 DDR5 DRAM 模塊。據說它們的運行頻率高達 4200 MHz。能滿足多核心運算與高效能運算的使用需求,並強化大數據、AI、機器學習等應用情境的效率。

三星日前也公開其 DDR5 路線圖(Roadmap) 資料,鐵定今年內量產 DDR5 記憶體顆粒,單顆高達 64Gbits (即 8GB) 容量。DDR5 記憶體預計明年初,推出至終端用戶使用者市場。時鐘方面,最終可發展至 DDR5-8400。雙通道 DDR5-8400 的頻寬高達 134.4GB/s,等於雙通道 DDR4-3200 (51.2GB/s) 的 2.625 倍,或等於雙通道 DDR4-4000 (64GB/s) 的 2.1 倍!

美光在今年二月則宣佈出貨全球首款量產低功耗 DDR5 DRAM 芯片,將率先搭載在小米 10 智能手機上。

為什麼三大廠商都在跟進 DDR 5?這與他的特性有很重要的關係。

DDR5的魅力,究竟在哪里?

首先是速度,目前主流 DDR4 內存的起步頻率在 2133MHz,較為頂級的產品能夠達到 4400MHz 以上,這還需要處理器和主板等多方面的支持。而 DDR5 的速度可能會非常可觀,預計將在 4800MHz 起步,甚至能夠在之後達到 5200/5600MHz。系統級仿真中的並行比較顯示,DDR5 的有效帶寬約為 DDR4 的 1.87 倍。

第二個優勢就是內存密度了,16GB 容量可能是 DDR5 內存比較常規的容量,預計單條最大容量能夠達到 256GB,甚至達到了目前多數 HEDT 平臺的最大支持內存容量。

信號完整性、電源傳輸和佈局複雜性限制了每個內核的內存帶寬進度。要釋放下一代中央處理器的強大功能,需要新的內存架構,以符合其更高的每核帶寬要求。這是開發 DDR5 SDRAM 解決方案的主要驅動力。

經過優化的 DRAM 核心計時和芯片內糾錯碼是提高 DDR5 可擴展性的兩個主要因素。雖然內存架構逐年擴展,但它的代價是 DRAM 單元電容的下降和位線接觸電阻的增加。DDR5 解決了這些缺點,並允許通過優化的核心計時進行更可靠的擴展,這對於確保有足夠的時間在 DRAM 單元中寫入、存儲和檢測電荷至關重要。

芯片內糾錯碼 (ECC) 通過輸出數據之前在讀取命令期間執行更正,提高了數據完整性並減少了系統糾錯負擔。DDR5 還引入了錯誤檢查清理,其中 DRAM 將在發生錯誤時讀取內部數據並寫回已更正的數據。

不同於 DDR4 在更新(Refresh)時無法執行其他操作,DDR5 則透過 Same Bank Refresh 功能,讓系統可以在更新某些 Bank 的時候,存取其他 Bank 的資料,另一方面 DDR5 也透過決策回饋等化器(Decision Feedback Equalization,DFE)消除雜訊,以增加整體效能表現。

在電力消耗部分,DDR5 的工作電壓為 1.1V,低於 DDR4 的 1.2V,能降低單位頻寬的功耗達 20%以上。

根據市場研究公司 International Data Corporation 提供的調查報告,DDR5 的需求預計從 2020 年開始增長,並可在 2021 年奪下 DRAM 市場的 22%,到 2022 年成長至 43%,而個人電腦、消費性產品也應該會跟隨伺服器的步調,逐漸轉從 DDR4 過渡至 DDR5。

當然,雖然此後可能會有很多 DDR5 內存相繼出貨,但實際都不是面向消費級的產品,而是會先用在雲服務器、數據中心、超級計算機等設備中,消費級的產品可能還需等到 2021 年或更晚才會和大家見面。個人電腦、消費性產品也應該會跟隨伺服器的步調,逐漸轉從 DDR4 過渡至 DDR5。


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