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)中心正迎來發(fā)展的新契機(jī)。這一趨勢加速推動(dòng)了DDR向更快、更高效的新一代產(chǎn)品迭代,國內(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)過渡。DDR5內(nèi)存帶來了一系列重要改進(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)。
本文引用地址:http://butianyuan.cn/article/202104/424627.htm數(shù)據(jù)傳輸速率提升至6.4 Gb/s
內(nèi)存帶寬的需求增長是永無止境的,而DDR5可滿足對速度的不懈追求。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,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)存訪問效率。此外,DDR5帶來了同一內(nèi)存塊刷新的新特性。這一命令允許對每一內(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)速率提升所帶來的優(yōu)勢。
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,可接收自己對應(yīng)的獨(dú)立時(shí)鐘。每個(gè)單面半通道模塊對應(yīng)一個(gè)獨(dú)立時(shí)鐘的架構(gòu)能夠優(yōu)化信號完整性,有助于解決VDD降低所導(dǎo)致的抗干擾裕量減小問題。
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
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速度,并在執(zhí)行系統(tǒng)級仿真時(shí)檢查所有DRAM位置的信號完整性。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(CA)的信號完整性。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)界的信號完整性(SI)和電源完整性(PI)領(lǐng)導(dǎo)者,在過去30余年中Rambus始終致力于為市場上最高性能的系統(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,應(yīng)對更多數(shù)據(jù)、全新CA總線和更高時(shí)鐘速度帶來的信號完整性挑戰(zhàn)。
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