DDR 5的时代，要来了！

2023-11-25 03:11

来源：内容由半导体行业观察（ID：icbank）编译自truechip，谢谢。

第一代同步 DRAM (SDRAM) 是 SDR，代表单数据速率 SDRAM。SDR每个时钟周期只能传输一条指令，这限制了数据传输的速度和效率。双倍数据速率 SDRAM (DDR-SDRAM) 是 SDRAM 的新版本，可通过两个时钟沿（上升沿和下降沿）进行数据传输，使其速度是 SDR SDRAM 的两倍。时钟沿上的数据传输在各代 DDR中都很常见，但每一代新产品都带来了一些特性，使它们在技术上截然不同。

下图显示了 SDR 与 DDR 每个时钟的数据传输情况。

SDR 与 DDR 数据传输

随着更多内核和功能的增加，SoC 变得越来越复杂，低功耗和高性能成为重要目标。DDR SDRAM 通过提供高性能、更高密度和低功耗的内存解决方案来满足这些内存要求。多年来，随着行业从 DDR 发展到 DDR2、DDR3、DDR4，到现在的 DDR5 SDRAM，DDR 也得到了改进。

DDR5 是最新的第五代 DDR SDRAM。该标准能够实现更高的数据传输率（速度）、更多的带宽、更低的工作电压和更好的效率。DDR5 与其前身 DDR4 保持相同的引脚配置，与上次从 DDR3 过渡到 DDR4 时的情况不同，其中 DDR3 模块使用 240 个引脚，DDR4 使用 288 个引脚。

让我们看看，“为什么DDR5成为首选？”。

DDR5相对于DDR4的优势：

容量：

DDR4 的最大内存密度为每列 16Gb，但 DDR5 使该数字增加了四倍，达到 64Gb。DDR5 支持每列 8Gb 到 64Gb 的内存密度，数据速率范围广泛，从 3200 MT/s 到 6400 MT/s。因此，DDR5 的整体容量比 DDR4 大得多。

双通道 DIMM：

DDR5 支持每个 DIMM 两个通道，而不是 DDR4 的单个通道。DDR4 标准支持 1 个 72 位通道（具有 64 位数据通道和 8 位 ECC）。相比之下，DDR5 双通道提供两个 40 位通道，其中 32 位用于数据保留，8 位用于 ECC。两个独立的通道改善了内存访问，确保更快的数据传输。

改进的带宽：

数据速率的提高是 DDR5 带宽增加的主要因素之一。DDR4 将数据速率从 1600 MT/s 扩展至 3200 MT/s，而 DDR5 目前定义的数据速率范围为 3200 MT/s 至 6400 MT/s。可以肯定地说，DDR5 提供的有效带宽是其前身 DDR4 的 2 倍。

CPU核心数量呈指数级增长，并且预计将持续增长。随着核心数量的增加，对内存带宽的需求也在增加。DDR4 已达到其最大数据速率，无法随着内核数量的不断增加而继续扩展内存带宽。DDR5 提供的有效带宽是 DDR4 的两倍，有助于缓解每个核心的带宽问题。

此外，每个通道的突发长度已从 8 字节 (BL8) 增加到 16 字节 (BL16)，这意味着 DDR5 将能够在与 DDR4 执行相同的时间内执行两个 64 字节操作。一个。

BANK：

DDR5采用具有8个Bank组的32-Bank结构，是DDR4的16-Bank设计的两倍。DDR5 将存储体组的数量加倍，同时保持每个存储体组的存储体数量相同。增加bank组很重要，因为与同一bank组内的银行访问相比，bank对不同bank组的访问需要更少的时间延迟。同一组内的组共享本地 I/O 路由、读出放大器和阵列块，这会引入更长的时序约束。

预取缓冲区大小：

预取缓冲区是一种数据缓冲区，用于存储预取数据，以便快速轻松地访问多个数据字。术语“预取缓冲区大小”描述了每次访问一行时提取多少字的数据。例如，在预取缓冲区深度为 8n 的 DDR4 中，在单个时钟周期内读取八个连续数据字并将其放入预取缓冲区中。然后，每个字将在时钟周期的连续上升沿和下降沿上发送。

经过几代的发展，预取缓冲区大小已从 2n 增加到 16n。DDR4具有8n预取架构。DDR5具有16n预取架构，这使其具有更高的速度。

更好的电源管理：

DDR5 中提供电源管理集成电路 (PMIC)，可提高电源完整性，以便在需要时提供电源。DDR5使用比DDR4更低的电压，即1.1V而不是1.2V。PMIC 分配 1.1 VV DD电源，通过更好的 DIMM 电源控制来减少噪声、压降、串扰和热效应，从而有助于提高信号完整性。

DDR5 高级特性

如上所述，更大的容量、更高的速度和更好的电源管理是 DDR5 SDRAM 相对 DDR4 的主要改进，但除此之外，DDR5 还添加和改进了其他功能，以增强设备架构和性能。DDR5 的一些主要特性如下：

DDR5的应用：

DDR5 提供更高的密度，包括双通道 DIMM 拓扑，以实现更高的通道效率和性能。这些优势对于面向服务器、云计算、网络、桌面和消费类应用的 SoC 最为重要。

结论：

由于下一代计算机系统的扩展要求和更高的性能目标，对增加内存带宽的需求不断增长，这给当今的系统架构师带来了重要的挑战。DDR5 的单条 DDR5 DIMM 最大潜在容量可达 128GB，最大传输速度为 6400MT/s，是 DDR4 速率的两倍，功耗也降低至 1.1V。DDR5 SDRAM 在整体系统性能方面设定了比以往更高的标准，突破了高速信号传输的极限，并直接解决了内存带宽的挑战。

DDR5 刚刚上架，三星已经确认已经在开发下一代 SDRAM。第六代 DDR 内存可能会在几年内问世。预计 DDR6 内存的数据传输速率将比其前身提高一倍,至于每个模块的内存通道数量，DDR6 也将增加一倍，其中 4 个 16 位通道由 64 个内存条连接。

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