PC 新時代！DDR5 內(nèi)存規(guī)范正式發(fā)布：最高速度達 6.4Gbps，單芯片密度達 64Gbit

作為計算機內(nèi)存發(fā)展的重要里程碑，JEDEC固態(tài)技術(shù)協(xié)會發(fā)布了下一個主流內(nèi)存標(biāo)準(zhǔn)DDR5 SDRAM的最終規(guī)范。DDR5是DDR標(biāo)準(zhǔn)的最新迭代，DDR5再次擴展了DDR內(nèi)存的功能，將峰值內(nèi)存速度提高了一倍，同時也大大增加了內(nèi)存容量?；谛聵?biāo)準(zhǔn)的硬件預(yù)計將于2021年推出，先從服務(wù)器層面開始采用，之后再逐步推廣到消費者PC和其他設(shè)備。

外媒anandtech報道，和之前的每一次DDR迭代一樣，DDR5的主要關(guān)注點再次放在提高內(nèi)存密度以及速度上。JEDEC希望將這兩方面都提高一倍，最高內(nèi)存速度將達到6.4Gbps，而單條LRDIMM的容量最終將能夠達到2TB，最大UDIMM容量為128 GB。同時，還有一些較小的變化，以支持這些目標(biāo)或簡化生態(tài)系統(tǒng)的某些方面，如on-DIMM電壓調(diào)節(jié)器以及on-die ECC。

更大：更密集的內(nèi)存和芯片堆疊

首先是容量和密度，因為這是與DDR4相比最直接的標(biāo)準(zhǔn)變化。IT之家了解到，DDR5將允許單個內(nèi)存芯片的密度達到64Gbit，比DDR4的16Gbit密度最大值高出4倍。再加上Die堆疊，最多允許8個Die堆疊為一個芯片，那么40個元件的LRDIMM可以達到2TB的有效內(nèi)存容量?；蛘邔τ诟喡臒o緩沖DIMM來說，這將意味著最終會看到DIMM容量達到128GB的典型雙列配置。

當(dāng)然，當(dāng)芯片制造趕上規(guī)格所能允許的范圍時，DDR5規(guī)格的峰值容量將用在標(biāo)準(zhǔn)生命周期的后期，首先，內(nèi)存制造商將使用當(dāng)今可達到的密度8Gbit和16Gbit芯片來構(gòu)建DIMM。因此，雖然DDR5的速度提升相當(dāng)直接，但隨著制造密度的提高，容量的提升將更加緩慢。

更快：一個DIMM，兩個通道

DDR5再次提高了內(nèi)存帶寬。每個人都希望獲得更高的性能（尤其是在DIMM容量不斷增長的情況下），這也是這次DDR5提升的重點。

對于DDR5來說，JEDEC希望比通常的DDR內(nèi)存規(guī)范更積極地開始工作。通常情況下，新的標(biāo)準(zhǔn)是從上一個標(biāo)準(zhǔn)的起點開始的，例如DDR3到DDR4的過渡，DDR3正式停止在1.6Gbps，DDR4從那里開始。然而對于DDR5來說，JEDEC的目標(biāo)要高得多，預(yù)計將以4.8Gbps的速度推出，比DDR4 官方3.2Gbps最高速度快了50%左右。而在之后的幾年里，當(dāng)前版本的規(guī)范允許數(shù)據(jù)速率達到6.4Gbps，比DDR4的官方峰值快了一倍。

這些速度目標(biāo)的基礎(chǔ)是DIMM和內(nèi)存總線的變化，以便在每個時鐘周期內(nèi)提供和傳輸更多數(shù)據(jù)。對于DRAM速度來說，最大的挑戰(zhàn)來自于DRAM核心時鐘速率缺乏進步。專用邏輯仍然在變快，內(nèi)存總線仍然在變快，但支撐現(xiàn)代內(nèi)存的基于電容和晶體管的DRAM時鐘速度還不能超過幾百兆赫。因此，為了從DRAM Die中獲得更多的收益--維持內(nèi)存本身越來越快的假象，并滿足實際速度更快的內(nèi)存總線--已經(jīng)需要越來越多的并行性。而DDR5則再次提升了這一要求。

這里最大的變化是，與LPDDR4和GDDR6等其他標(biāo)準(zhǔn)情況類似，單個DIMM被分解為2個通道。DDR5將不是每個DIMM提供一個64位數(shù)據(jù)通道，而是每個DIMM提供兩個獨立的32位數(shù)據(jù)通道（如果考慮ECC因素，則為40位）。同時，每個通道的突發(fā)長度從8個字節(jié)(BL8)翻倍到16個字節(jié)(BL16)，這意味著每個通道每次操作將提供64個字節(jié)。那么，與DDR4 DIMM相比，DDR5 DIMM以兩倍的額定內(nèi)存速度（核心速度相同）運行，將在DDR4 DIMM提供的操作時間內(nèi)提供兩個64字節(jié)的操作，使有效帶寬增加一倍。

總的來說，64字節(jié)仍然是內(nèi)存操作的神奇數(shù)字，因為這是一個標(biāo)準(zhǔn)緩存線的大小。如果在DDR4內(nèi)存上采用更大的突發(fā)長度，則會導(dǎo)致128字節(jié)的操作，這對于單條高速緩存線來說太大，如果內(nèi)存控制器不想要兩條線的連續(xù)數(shù)據(jù)，充其量也會導(dǎo)致效率/利用率的損失。相比之下，由于DDR5的兩個通道是獨立的，一個內(nèi)存控制器可以從不同的位置請求64個字節(jié)，這使得它更符合處理器的實際工作方式，并避免利用率的損失。

對標(biāo)準(zhǔn)PC臺式機的凈影響是，取代了DDR4系統(tǒng)模式，即2個DIMM填滿2個通道進行2x64bit設(shè)置，而DDR5系統(tǒng)的功能將是4x32bit設(shè)置。

這種結(jié)構(gòu)上的變化在其他地方有一些連鎖效應(yīng)，特別是要最大限度地提高這些小通道的使用率。DDR5引入了更細粒度的Bank存儲體刷新功能，這將允許一些k存儲體在其他使用時進行刷新。這就能更快地完成必要的刷新（電容補給）、控制延遲、并使未使用的存儲庫更快可用。存儲體組的最大數(shù)量也從4個增加到8個，這將有助于減輕順序內(nèi)存訪問的性能折扣。

快速總線服務(wù)：決策反饋均衡化

相比之下想辦法增加DRAM DIMM內(nèi)的并行化量，提高總線速度既簡單又困難：概念簡單，執(zhí)行起來比較難。最后要想讓DDR的內(nèi)存速度提高一倍，DDR5的內(nèi)存總線需要以兩倍于DDR4的速度運行。

為了實現(xiàn)這一目標(biāo)，DDR5有幾項改變，但令人驚訝的是，并沒有對內(nèi)存總線進行任何大規(guī)模、根本性的改變，如QDR或差分信令。相反，JEDEC及其成員已經(jīng)能夠通過略微修改的DDR4總線來實現(xiàn)他們的目標(biāo)，盡管它必須在更嚴格的公差下運行。

這里的關(guān)鍵驅(qū)動力是引入決策反饋均衡（DFE）。在很高的層次上，DFE是一種通過使用內(nèi)存總線接收器的反饋來提供更好的均衡，從而降低符號間干擾的手段。而更好的均衡，又可以讓DDR5的內(nèi)存總線以更高的傳輸速率運行所需的更干凈的信令，而不至于發(fā)生故障。同時，標(biāo)準(zhǔn)中的一些較小的變化也進一步幫助了這一點，例如增加了新的和改進的訓(xùn)練模式，以幫助DIMM和控制器補償內(nèi)存總線上的微小時序差異。

更簡單的主板，更復(fù)雜的DIMM：On-DIMM電壓調(diào)節(jié)

在核心改變密度和內(nèi)存速度的同時，DDR5也再次改善了DDR內(nèi)存的工作電壓。在規(guī)格上DDR5的工作電壓Vdd將從DDR4的1.2v降至1.1v。這應(yīng)該會提高內(nèi)存相對于DDR4的能效，盡管到目前為止，功耗的提升并沒有像DDR4和更早的標(biāo)準(zhǔn)那樣被大力推廣。

JEDEC還利用DDR5內(nèi)存標(biāo)準(zhǔn)的推出，對DIMM的電壓調(diào)節(jié)方式進行了相當(dāng)重要的改變。簡而言之，電壓調(diào)節(jié)將從主板轉(zhuǎn)移到單個DIMM上，讓DIMM負責(zé)自己的電壓調(diào)節(jié)需求。這意味著DIMM現(xiàn)在將包括一個集成的電壓調(diào)節(jié)器，這適用于從UDIMMs到LRDIMMs的所有產(chǎn)品。

JEDEC將此稱為“隨用隨付”的電壓調(diào)節(jié)，旨在通過它來改善/簡化DDR5的幾個不同方面。最重要的變化是，通過將電壓調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)移到DIMMs本身，電壓調(diào)節(jié)不再是主板的責(zé)任。主板則不再需要為最壞的情況--比如驅(qū)動16個龐大的LRDIMM--簡化主板設(shè)計，并在一定程度上控制成本。當(dāng)然，反過來說，它將這些成本轉(zhuǎn)移到了DIMM本身，但這樣一來，系統(tǒng)構(gòu)建者至少只需要購買和DIMM一樣多的電壓調(diào)節(jié)硬件，因此也就有了PAYGO理念。

根據(jù)JEDEC的說法，On-DIMM穩(wěn)壓器還將使一般的電壓容差更好，提高DRAM的良品率。

由于這些電壓調(diào)節(jié)器的實現(xiàn)細節(jié)將由內(nèi)存廠商決定，所以JEDEC并沒有對其進行過多的說明?？蛻舳薝DIMM和服務(wù)器(L)RDIMM將有單獨的穩(wěn)壓器/PMIC，以反映它們的功耗需求。

DDR5 DIMMs：依然是288個針腳，但改變了針腳布局

最后，正如早期廠商的原型產(chǎn)品已經(jīng)廣泛展示的那樣，DDR5將保持與DDR4相同的288個引腳數(shù)。這反映了DDR2到DDR3的過渡，其中的引腳數(shù)也保持在240個引腳。

然而，不要指望在DDR4插槽上使用DDR5 DIMM。雖然引腳數(shù)量沒有改變，但引腳布局卻發(fā)生了變化，以適應(yīng)DDR5的新特性--尤其是其雙通道設(shè)計。

這里最大的變化是命令和地址總線被縮小和分區(qū)，引腳被重新分配到第二個內(nèi)存通道的數(shù)據(jù)總線上。DDR5將不再是單一的24位CA總線，而是有兩個7位CA總線，每個通道一個。當(dāng)然，7位遠遠不到舊總線的一半，所以對于內(nèi)存控制器來說，換來的事情變得更加復(fù)雜。

現(xiàn)在開始采樣，未來12-18個月內(nèi)采用

和其他JEDEC規(guī)范發(fā)布一樣，今天是開發(fā)委員會將標(biāo)準(zhǔn)放給成員使用。各大內(nèi)存廠商從一開始就參與了DDR5的開發(fā)過程，他們已經(jīng)開發(fā)出了DIMM的原型，現(xiàn)在正在考慮將第一個商用硬件推向市場。

預(yù)計DDR5整體采用曲線將與早期的DDR標(biāo)準(zhǔn)相似。也就是說，JEDEC預(yù)計DDR5將在12到18個月內(nèi)隨著硬件的最終確定而開始出現(xiàn)在設(shè)備中，并逐步增加。他們預(yù)計服務(wù)器將再次成為早期采用的驅(qū)動力，尤其是主要的超大規(guī)模廠商。英特爾和AMD都沒有正式宣布將使用新內(nèi)存的平臺，但目前這只是時間問題。

同時，預(yù)計DDR5的生命周期將和DDR4一樣長，甚至更長一些。DDR3和DDR4都享有大約7年的生命周期，DDR5也應(yīng)該享有同樣程度的穩(wěn)定性。目前JEDEC認為，DDR5最終會比DDR4擁有更長的保質(zhì)期，這得益于技術(shù)產(chǎn)業(yè)的不斷成熟。