DDR5內存規范正式發布，國內外廠商進展如何？
發布日期:2020-07-24
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從美光科技公開的資料顯示，2000年到2019年，內存帶寬大幅度提升，從約1GB/s迅速提升至目前的接近200GB/s，但這仍趕不上處理器核心數量大幅度提升。從早期的單核心、雙核，到目前一個系統中最高可以超過60個處理器核心，在超多核心處理器的系統中，每個處理器內核的可用帶寬是嚴重不足的，DRAM帶寬迫切需要改善。
2020年7月15日，JEDEC固態技術協會正式發布下一個主流內存標準DDR5 SDRAM的最終規范（JESD79-5），為全球計算機內存技術拉開新時代序幕。
2007年DRAM產業迎來DDR3時代，2012年正式步入DDR4，而DDR5是DDR標準的最新迭代，它再次擴展了DDR內存的功能，將峰值內存速度提高了一倍，同時也大大增加了內存容量。基于新標準的硬件預計將于2021年推出，先從服務器層面開始采用，之后再逐步推廣到消費者PC和其他設備。
JEDEC預計，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擁有更長的保質期，得益于技術產業的不斷成熟。
據外媒anandtech報道，和之前的每一次DDR迭代一樣，DDR5的主要關注點再次放在提高內存密度以及速度上。JEDEC希望將這兩方面都提高一倍，最高內存速度將達到6.4Gbps（標準頻率 6400MHz），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，以支持這些目標或簡化生態系統的某些方面，如on-DIMM電壓調節器以及片內糾錯代碼（on-die ECC）。
堆疊技術讓單顆、單條容量更大
首先是容量和密度，因為這是與DDR4相比最直接的標準變化。據anandtech，DDR5將允許單顆內存芯片的密度達到64Gbit，是DDR4最大密度16Gbit的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的有效內存容量。
不過16GB可能是單條DDR5內存比較常規的容量，單條最大理論容量能夠達到256GB，甚至達到了目前多數HEDT平臺的最大支持內存容量。而對于更簡陋的無緩沖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。
當然，當芯片制造趕上規格所能允許的范圍時，DDR5規格的峰值容量將用在標準生命周期的后期，首先，內存制造商將使用當今可達到的密度8Gbit和16Gbit芯片來構建DIMM。因此，雖然DDR5的速度提升相當直接，但隨著制造密度的提高，容量的提升將更加緩慢。
單DIMM雙通道，速度翻倍
DDR5再次提高了內存帶寬。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內存規范更積極地開始工作。通常情況下，新的標準是從上一個標準的起點開始的，例如DDR3到DDR4的過渡，DDR3正式停止在1.6Gbps，DDR4內存的起步頻率在2133MHz，較為頂級的產品能夠達到4400MHz以上，這還需要處理器和主板等多方面的支持。然而對于DDR5來說，JEDEC的目標要高得多，預計將從4.8Gbps (標準頻率 4800MHz)起跳，比末代DDR4 官方3.2Gbps（標準頻率 3200MHz）最高速度快了50%左右，總傳輸帶寬提升了38%。而在之后的幾年里，當前版本的規范允許數據速率達到6.4Gbps，比DDR4的官方峰值快了一倍，最高可摸到8400MHz。
這些速度目標的基礎是DIMM和內存總線的變化，以便在每個時鐘周期內提供和傳輸更多數據。對于DRAM速度來說，最大的挑戰來自于DRAM核心時鐘速率缺乏進步。專用邏輯仍然在變快，內存總線仍然在變快，但支撐現代內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--維持內存本身越來越快的假象，并滿足實際速度更快的內存總線--已經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等其他標準情況類似，單個DIMM被分解為2個通道。DDR5將不是每個DIMM提供一個64位數據通道，而是每個DIMM提供兩個獨立的32位數據通道（如果考慮ECC因素，則為40位）。同時，每個通道的突發長度從8個字節（BL8）翻倍到16個字節（BL16），這意味著每個通道每次操作將提供64個字節。
那么，與DDR4 DIMM相比，DDR5 DIMM以兩倍的額定內存速度（核心速度相同）運行，將在DDR4 DIMM提供的操作時間內提供兩個64字節的操作，使有效帶寬增加一倍。
總的來說，64字節仍然是內存操作的神奇數字，因為這是一個標準緩存線的大小。如果在DDR4內存上采用更大的突發長度，則會導致128字節的操作，這對于單條高速緩存線來說太大，如果內存控制器不想要兩條線的連續數據，充其量也會導致效率/利用率的損失。相比之下，由于DDR5的兩個通道是獨立的，一個內存控制器可以從不同的位置請求64個字節，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。
對標準PC臺式機的凈影響是，取代了DDR4系統模式，即2個DIMM填滿2個通道進行2x64bit設置，而DDR5系統的功能將是4x32bit設置。
這種結構上的變化在其他地方有一些連鎖效應，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（數據塊）和Bank Group（數據組）存儲體刷新功能，數量翻番到32，每Bank的自刷新速度翻番到16Gbps。這將允許一些k存儲體在其他使用時進行刷新，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。存儲體組的最大數量也從4個增加到8個，這將有助于減輕順序內存訪問的性能折扣。
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