从DDR4到DDR5发生了什么？

公众号新闻

2023-05-27 05:05

内存模组主要分为 RDIMM、 LRDIMM、 UDIMM 和 SODIMM。

其中 RDIMM、LRDIMM 主要用于服务器内存模组， UDIMM 和 SODIMM 主要用于普通台式机和笔记本。内存模组的类型决定了所需的内存接口芯片和内存模组配套芯片。

内存进入 DDR5 新世代，标准升级拉动相关芯片需求。与 DDR4 相比， DDR5 的优势可简单地概括为：

（ 1）速度更快：DDR5 内存的带宽是 DDR4 的两倍，起始频率比 DDR4标准频率增加 50%

（ 2）容量更大：单个存储芯片密度是 DDR4 最大密度的 4 倍

（ 3）能耗更低：工作电压从 1.2V 降低到 1.1V，降低功耗

（ 4）稳定性更佳：增加了空比调节器(DCA)、片上 ECC、 DRAM 接收 I/O 均衡、 RD 和 WR 数据的循环冗余校验(CRC)以及内部DQS 延迟监控等。

内存接口芯片是 CPU 存取内存数据的必由通路，主要作用是提升内存数据访问的速度及稳定性，以匹配 CPU 日益提高的运行速度及性能。在 DDR4 世代和 DDR5 初期，内存接口芯片只用于服务器内存模组（ RDIMM、 LRDIMM）。目前，内存接口芯片按功能可以分为寄存缓冲器（ RCD）和数据缓冲器（ DB）。RCD 用来缓冲来自内存控制器的地址/命令/控制信号， DB 用来缓冲来自内存控制器或内存颗粒的数据信号。在 DDR5 世代，LRDIMM 的国际标准从全缓冲” 1+9“架构演化为“ 1+10”架构，与 DDR4 相比增加了 1颗 DB。

在 DDR5 世代，内存模组上除了需要内存接口芯片，同时还需要配置内存模组配套芯片。根据 JEDEC 组织的定义，服务器内存模组 RDIMM、 LRDIMM 上需要配置三种配套芯片，包括 1 颗 SPD 芯片、 1 颗 PMIC 芯片和 2 颗 TS 芯片；普通台式机、笔记本电脑的内存模组 UDIMM、 SODIMM 上，需要配置两种配套芯片，包括 1 颗 SPD 芯片和 1 颗PMIC 芯片。在 DDR5 世代，由于电源管理从主板移动到内存模组上，内存模组配套芯片增加了 1 颗 PMIC。

众所周知，DDR4内存作为主流内存标准已经好多年了，不过随着下一代DDR5内存的崭露头角，很多准备装机的用户也开始观望。时间不负“等等党”，今年7月中旬，JEDEC固态存储协会正式发布了DDR5 SDRAM内存标准规范，内存的新时代要来了。

根据规范，DDR5内存的频率(数据传输率)起步就是DDR4标准极限的3200MHz，而未来可以达到6400MHz，是DDR4内存的两倍多，不过按照惯例，实际产品还会大大超过这一水准，据悉最高更是有望达到DDR5-8400的水平。同时电压从1.2V进一步降低至1.1V，而单个Die的容量为8-32Gb(1-4GB)。

DDR5标准公布之后，全球三大DRAM工厂——三星、SK海力士及美光也在第一时间跟进，正式量产DDR5内存。

日前，SK海力士宣布，正式发布全球首款DDR5内存，频率、容量、能效和功能技术都达到了全新的高度。

实际上，SK海力士于2018年11月成功开发首款16Gb DDR5 DRAM之后，向英特尔等核心客户提供样品，并完成了一系列测试与性能、兼容性验证等程序。这一成果也意味着SK海力士在即将到来的DDR5市场随时能够销售相关产品。

SK海力士首发的DDR5内存条为面向服务器、数据中心的RDIMM形态，基于1Ynm工艺制造的16Gb颗粒，单条容量64GB，而借助TSV硅穿孔技术，最高可以达到256GB。

其数据传输速率起步为4800MHz，最高为5600MHz，其速率相较前一代DDR4最多提升了1.8倍，这也意味着一秒钟就可以传输9部全高清电影。

运行电压则为1.1V，相比DDR4的1.2V更节能，减少了20%的功耗。

此外，作为RDIMM内存条，SK海力士DDR5 DRAM支持ECC调试功能，可以自行更正1 bit级的资料错误，应用可靠性号称提升20倍。

时序方面没有公布，JEDEC规范中的DDR5-4800对应三种时序规格，分别是34-34-34、40-40-40、42-42-42。

需要注意的是，虽然目前DDR5产品已经推出，但要产品能够普及，关键还是在平台企业手上。在这方面AMD及Intel似乎不是很积极。其中，AMD明年的Zen3架构确定是AM4兼容，会继续支持DDR4内存，而Intel在2020、2021年还会继续推14nm处理器，也没可能升级DDR5。

不过相较消费级市场，服务器市场应该是较快用上DDR5产品的领域。Intel下下代服务器平台Sapphire Rapids将会第一个支持DDR5内存，同时支持PCIe 5.0总线、CXL 1.1异构互联协议等等，并延续Intel的内置人工智能加速策略，支持最新的深度学习加速指令AMX(高级矩阵扩展)，2021年下半年开始发货。