DDR5為資料中心帶來下一代伺服器性能

作者 : John Eble,Rambus產品行銷副總裁

因應全球資料量正以指數級速度成長所帶來的需求,資料中心需要升級DDR5 DRAM,以便為新一代伺服器系統提供所需的巨大運算力...

因應資料量的指數級成長,以及人工智慧(AI)與機器學習(ML)訓練等先進工作負載的快速增加,必須在運算的各方面不斷創新。然而,鑑於廣泛的基礎設施影響,主要的記憶體技術很少改變,大約每6或7年才升級一次。對於正逐漸過渡至DDR5的產業來說,這是一項重要的里程碑事件,因為它將成為未來十年伺服器的主要記憶體解決方案。

特別是隨著伺服器和個人電腦(PC)製造商相繼發佈支援DDR5記憶體的產品,越來越多的系統陸續轉向新一代記憶體模組,2022年正成為DDR5的啟用年。尤其是在資料中心,處理器核心數量的增加,帶動了記憶體頻寬和容量的需求,進一步推動著DDR5記憶體的普及。

DDR5記憶體標準主要在於滿足當今伺服器設計的更高頻寬與容量等嚴苛要求。

相較於DDR4,DDR5的主要規格改變如下:

資料傳輸速率提升至最高8.4GT/s:DDR4 DIMM在1.6GHz時脈頻率下的最高資料傳輸速率達到每秒3.2GT/s,而DDR5最初版本就一舉將頻寬提高了50%,達到4.8GT/s,最終,DDR5記憶體的資料速傳輸率將大幅提高至8.4GT/s。由於加入了決策反饋等化(Decision Feedback Equalization;DFE)等新功能,DDR5的IO速度和資料速率也增加得更高。

降低工作電壓(VDD):這將提高電源效率。採用DDR5之後,DRAM、緩衝晶片暫存時脈驅動器(registering clock driver;RCD)和資料緩衝(data buffer,DB)的電壓從1.2V下降到1.1V。

新的電源架構:DDR5 DIMM將電源管理從主機板轉移到DIMM本身。透過在DIMM上配備一個12V的電源管理晶片(PMIC),DDR5 DIMM能夠更有效地讓系統電源負載精密化,協助改善訊號完整性和雜訊管理。

新的RDIMM通道架構:該架構提高了記憶體存取效率,同時保持相同的存取細微性和RAS特徵集。

更長的突發長度:DDR4突發斬波長度為4,突發長度為8。DDR5的突發斬波和突發長度將擴展到8和16,以增加突發有效負載。這顯著地改善了併發性,並透過兩個通道提高了記憶體效率。

支援更高容量的DRAM:DDR5支援更高容量的DRAM元件。憑藉DDR5緩衝晶片DIMM,伺服器或系統設計者將能夠在單晶片封裝(SDP)中支援密度高達64Gb的DRAM。DDR4 DIMM的容量可以達到64GB(使用SDP),而基於DDR5 SDP的DIMM將容量增加了三倍,達到256GB。

載入延遲:頻寬的大幅增加和新的通道架構都對於DDR5的載入延遲產生了影響。雖然DDR5和DDR4之間的整體延遲差距不大,但憑藉極高的頻寬和通道效率,在產生大量記憶體流量的情況下,DDR5記憶體的延遲(例如載入延遲)遠低於DDR4。

相較於DDR4,DDR5在性能、容量和低功耗方面更具優勢。(圖片來源:Rambus)

這些變化將使DDR5成為十年內伺服器和PC的主要記憶體。業界需要供應商在大量生產中仍能保持晶片品質。DDR5由於採用帶有擴展晶片組的新模組架構,實現了更大的記憶體頻寬和容量。

相較於無緩衝DIMM,Rambus DDR5暫存時脈驅動器(RCD)專用於DDR5 RDIMMs,具有更高的頻寬、性能和容量。該RDIMM並降低了CPU的負載,改善了命令/位址匯流排的訊號完整性。DDR5伺服器DIMM晶片組將在增加記憶體容量的同時,保持DIMM的峰值性能,這對於未來最嚴的資料密集型應用必不可少。

Rambus近來還推出SPD Hub和溫度感測器,以補強其DDR5 RCD。SPD Hub和溫度感測器改善了DDR5 DIMM的系統管理和熱控制,可在伺服器所需的功率範圍內提供更高的性能。

在DDR5 DIMM上,SPD Hub以I3C匯流排與溫度感測器、RCD和PMIC通訊。(圖片來源:Rambus)

作為其伺服器和用戶端DDR5記憶體介面晶片組的一部份,SPD Hub和溫度感測器在結合RCD後,為DDR5運算系統帶來了高性能、高容量的記憶體解決方案。SPD Hub和溫度感測器都是記憶體模組上的關鍵元件,它們可以感知並報告系統組態和熱管理的重要資料。SPD Hub用於伺服器的DDR5 RDIMMs以及個人電腦的SODIMM和UDIMM;而溫度感測器則用於伺服器的DDR5 RDIMMs。

本文原刊登於EDN China網站,夏菲編譯

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