新一代DDR5 DIMM的五大亮點(diǎn)

回顧2020年，在新基建的驅(qū)動(dòng)下，數(shù)據(jù)中心正迎來(lái)發(fā)展的新契機(jī)。這一趨勢(shì)加速推動(dòng)了DDR向更快、更高效的新一代產(chǎn)品迭代，國(guó)內(nèi)各大廠商紛紛布局DDR5內(nèi)存并力推其廣泛商業(yè)化。2020年7月14日，JEDEC發(fā)布了DDR5 SDRAM標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)志著整個(gè)行業(yè)即將向DDR5服務(wù)器雙列直插式內(nèi)存模塊（DIMM）過(guò)渡。DDR5內(nèi)存帶來(lái)了一系列重要改進(jìn)，有望幫助下一代服務(wù)器實(shí)現(xiàn)更好的性能和更低的功耗。以下是DDR5內(nèi)存的五大亮點(diǎn)。

數(shù)據(jù)傳輸速率提升至6.4 Gb/s

內(nèi)存帶寬的需求增長(zhǎng)是永無(wú)止境的，而DDR5可滿足對(duì)速度的不懈追求。DDR4 DIMM在1.6 GHz時(shí)鐘頻率下數(shù)據(jù)傳輸速率最高可達(dá)3.2 Gb/s，相比之下，最初版本的DDR5就將帶寬提高了50%，達(dá)到4.8 Gbps。DDR5內(nèi)存的速率最終將比DDR4內(nèi)存高出一倍，達(dá)到6.4 Gbps。在新增判決反饋均衡器（DFE）等新功能后，DDR5可實(shí)現(xiàn)更高的I/O速度。

更低的電壓帶來(lái)更低的功耗

DDR5內(nèi)存的第二大改良是工作電壓（VDD）有所下降，進(jìn)而帶來(lái)功耗的相應(yīng)降低。采用DDR5之后，DRAM、緩沖芯片寄存時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)器（RCD）和數(shù)據(jù)緩沖器（DB）的供電電壓從1.2V下降到1.1V。不過(guò)，設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)產(chǎn)品時(shí)也需要注意，工作電壓（VDD）降低也意味著抗干擾裕量會(huì)變得更小。

全新的供電架構(gòu)

DDR5內(nèi)存的第三大改良是供電架構(gòu)，這也是其中的一項(xiàng)重要變化。DDR5 DIMM將電源管理從主板轉(zhuǎn)移到了內(nèi)存模塊本身，通過(guò)板載一個(gè)12V電源管理集成電路（PMIC）確保更加精細(xì)的系統(tǒng)電源負(fù)載。該電路會(huì)輸出1.1V的工作電壓（VDD），借助更好的板載電源控制優(yōu)化信號(hào)的完整性和抗干擾能力。

通道架構(gòu)更新

DDR5的另一大變化是采用了全新DIMM通道架構(gòu)。DDR4 DIMM的總線為72位，由64個(gè)數(shù)據(jù)位和8個(gè)糾錯(cuò)碼位組成。采用DDR5后，每個(gè)DIMM模塊都有兩個(gè)通道。每個(gè)通道均為40位寬：包括32個(gè)數(shù)據(jù)位，8個(gè)糾錯(cuò)碼位。雖然數(shù)據(jù)位寬與上一代相同，總數(shù)都是64位，但DDR5的兩個(gè)通道彼此獨(dú)立，可提高內(nèi)存訪問(wèn)效率。此外，DDR5帶來(lái)了同一內(nèi)存塊刷新的新特性。這一命令允許對(duì)每一內(nèi)存塊組的一個(gè)內(nèi)存塊進(jìn)行刷新，而所有其他內(nèi)存塊保持打開(kāi)狀態(tài)，以繼續(xù)正常操作。因此，使用DDR5不僅意味著速率的大幅提升，其更高的效率還會(huì)放大數(shù)據(jù)速率提升所帶來(lái)的優(yōu)勢(shì)。

在DDR5 DIMM架構(gòu)中，DIMM模塊左右兩側(cè)各有一個(gè)獨(dú)立的40位寬通道，兩個(gè)通道共用寄存時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)器。DDR4中，寄存時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)器每側(cè)提供兩個(gè)輸出時(shí)鐘。而在DDR5中，寄存時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)器每側(cè)提供四個(gè)輸出時(shí)鐘。最大密度的DIMM可配備4個(gè)DRAM存儲(chǔ)器組，每5個(gè)DRAM存儲(chǔ)器（單面，半通道）為一組，可接收自己對(duì)應(yīng)的獨(dú)立時(shí)鐘。每個(gè)單面半通道模塊對(duì)應(yīng)一個(gè)獨(dú)立時(shí)鐘的架構(gòu)能夠優(yōu)化信號(hào)完整性，有助于解決VDD降低所導(dǎo)致的抗干擾裕量減小問(wèn)題。

更高容量

支持更高容量的DRAM模組是DDR5內(nèi)存的第五大亮點(diǎn)。利用DDR5緩沖芯片DIMM，服務(wù)器或系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員可以在單裸片封裝模式下中使用高達(dá)64Gb的DRAM容量。而DDR4在單裸片封裝（SDP）模式下僅支持最高16Gb的DRAM容量。DDR5支持諸如片上糾錯(cuò)碼、錯(cuò)誤透明模式、封裝后修復(fù)和讀寫(xiě)CRC校驗(yàn)等功能，并支持更高容量的DRAM模組，這也意味著更高的DIMM容量。因此，DDR4 DIMM在單裸片封裝下的最大容量為64 GB，而DDR5 DIMM在單裸片封裝下的容量則高達(dá)256 GB，是DDR4的四倍。

綜合優(yōu)勢(shì)

DDR5在其前代產(chǎn)品DDR4的基礎(chǔ)上進(jìn)行了重大改進(jìn)和優(yōu)化，并在新的內(nèi)存標(biāo)準(zhǔn)中引入了與提高速度和降低電壓相關(guān)的多種設(shè)計(jì)考慮，從而引發(fā)了新一輪的信號(hào)完整性挑戰(zhàn)。設(shè)計(jì)人員將需要確保主板和DIMM能夠處理更高的信號(hào)速度，并在執(zhí)行系統(tǒng)級(jí)仿真時(shí)檢查所有DRAM位置的信號(hào)完整性。所幸的是，Rambus等供應(yīng)商提供的DDR5內(nèi)存接口芯片能夠有效降低主機(jī)內(nèi)存信號(hào)負(fù)載，在不犧牲時(shí)延性能的前提下，使DIMM上的DRAM具有更高的速度和更大的容量。

值得慶幸的是，Rambus的DDR5寄存器時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)器（RCD）改善了從主機(jī)內(nèi)存控制器發(fā)送到DIMM的命令和地址信號(hào)（CA）的信號(hào)完整性。其兩個(gè)通道的總線都通向寄存時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)器，然后呈扇形散開(kāi)到DIMM的兩側(cè)，有效減少了主機(jī)內(nèi)存控制器觀察到的CA總線負(fù)載。Rambus的DDR5數(shù)據(jù)緩沖（DB）芯片將減少數(shù)據(jù)總線上的有效負(fù)載，從而在不犧牲時(shí)延性能的情況下，使DIMM上的DRAM具有更大的容量。

作為享譽(yù)業(yè)界的信號(hào)完整性（SI）和電源完整性（PI）領(lǐng)導(dǎo)者，在過(guò)去30余年中Rambus始終致力于為市場(chǎng)上最高性能的系統(tǒng)提供解決方案。Rambus DDR5內(nèi)存接口芯片組可幫助設(shè)計(jì)人員充分利用DDR5的優(yōu)勢(shì)，應(yīng)對(duì)更多數(shù)據(jù)、全新CA總線和更高時(shí)鐘速度帶來(lái)的信號(hào)完整性挑戰(zhàn)。