新一代DDR5 DIMM的五大亮點

作者 : John Eble,Rambus市場行銷副總裁

下一代伺服器記憶體有哪些可期待的亮點?

2020年7月14日,JEDEC發佈了DDR5 SDRAM標準,象徵著整個產業即將向DDR5伺服器雙列直插式記憶體模組(DIMM)過渡。DDR5記憶體帶來了一連串的重要改進,有望幫助下一代伺服器實現更好的性能和更低的功耗。以下探討DDR5記憶體的五大亮點。

資料傳輸速率提升至6.4Gb/s

記憶體頻寬的需求增加是永無止境的,而DDR5可滿足對速度的不懈追求。DDR4 DIMM在1.6GHz時脈頻率下資料傳輸速率最高可達3.2Gb/s,相形之下,最初版本的DDR5將頻寬提高了50%,達到4.8Gbps。DDR5記憶體的速率最終將比DDR4 DRAM高出一倍,達到6.4Gbps。在增加判決反饋等化器(Decision Feedback Equalization;DFE)等新功能後,DDR5可實現更高的I/O速度。

更低的電壓帶來更低的功耗

DDR5記憶體的第二大改良是工作電壓(VDD)有所下降,進而帶來功耗的相應降低。採用DDR5之後,DRAM、緩衝晶片暫存時脈驅動器(RCD)和資料緩衝器(DB)的供電電壓從1.2V下降到1.1V。不過,設計人員在設計產品時也需要注意, VDD降低也意味著抗干擾餘裕會變得更小。

全新的供電架構

DDR5記憶體的第三大改良是供電架構,這也是其中的一項重要變化。DDR5 DIMM將電源管理從主機板轉移到了記憶體模組(DIMM)本身,透過板載12V電源管理晶片(PMIC)確保更加精細的系統電源負載。該電路會輸出1.1V的VDD供電,藉由更好的板載電源控制最佳化訊號的完整性和抗干擾能力。

通道架構更新

DDR5的另一大變化是採用了全新DIMM通道架構。DDR4 DIMM的匯流排為72位元,由64個資料位元和8個修正錯誤記憶體(ECC)位元組成。採用DDR5後,每個DIMM模組都有兩個通道。每個通道均為40位元寬:包括32個資料位元,8個ECC位元。雖然資料位元寬與上一代相同,總數都是64位元,但DDR5的兩個通道彼此獨立,可提高記憶體存取效率。

此外,DDR5帶來了同一區塊刷新的特性。這一命令允許對每一區塊組的一個區塊進行刷新,而所有其他區塊保持打開狀態,以繼續正常操作。因此,使用DDR5不僅意味著速率的大幅提升,其更高的效率還會放大資料速率提升所帶來的優勢。

在DDR5 DIMM架構中,DIMM模組左右兩側各有一個獨立的40位元寬通道,兩個通道共用暫存時脈驅動器。DDR4中,暫存時脈驅動器每側提供兩個輸出時脈。而在DDR5中,暫存時脈驅動器每側提供四個輸出時脈。最大密度的DIMM可配備4個DRAM記憶體組,每5個DRAM記憶體(單面、半通道)為一組,可接收自己對應的獨立時脈。每個單面半通道模組對應一個獨立時脈的架構能夠最佳化訊號完整性,有助於解決VDD降低所導致的抗干擾餘裕減小問題。

更高容量

支援更高容量的DRAM模組是DDR5記憶體的第五大亮點。利用DDR5緩衝晶片DIMM,伺服器或系統設計人員可以在單裸片封裝模式下中使用高達64Gb的DRAM容量。而DDR4在單裸片封裝(SDP)模式下僅支援最高16Gb的DRAM容量。

DDR5支援諸如片上ECC、錯誤透明模式、封裝後修復和讀寫CRC校驗等功能,並支援更高容量的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64GB,而DDR5 DIMM在單裸片封裝下的容量則高達256GB,是DDR4的四倍。

綜合優勢

DDR5在其前代產品DDR4的基礎上進行了重大改進和最佳化,並在新的記憶體標準中導入了與提高速度和降低電壓相關的多種設計考慮,從而引發了新一輪的訊號完整性挑戰。設計人員將需要確保主機板和DIMM能夠處理更高的訊號速度,並在執行系統級模擬時檢查所有DRAM位置的訊號完整性。

所幸Rambus等供應商提供的DDR5記憶體介面晶片能夠有效降低主機記憶體訊號負載,在不犧牲延遲性能的前提下,使DIMM上的DRAM具有更高的速度和更大的容量。

本文原刊登於EDN China網站

加入LINE@,最新消息一手掌握!

發表評論