DDR5内存规范正式发布，国内外厂商进展如何？
发布日期:2020-07-24
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从美光科技公开的资料显示，2000年到2019年，内存带宽大幅度提升，从约1GB/s迅速提升至目前的接近200GB/s，但这仍赶不上处理器核心数量大幅度提升。从早期的单核心、双核，到目前一个系统中最高可以超过60个处理器核心，在超多核心处理器的系统中，每个处理器内核的可用带宽是严重不足的，DRAM带宽迫切需要改善。
2020年7月15日，JEDEC固态技术协会正式发布下一个主流内存标准DDR5 SDRAM的最终规范（JESD79-5），为全球计算机内存技术拉开新时代序幕。
2007年DRAM产业迎来DDR3时代，2012年正式步入DDR4，而DDR5是DDR标准的最新迭代，它再次扩展了DDR内存的功能，将峰值内存速度提高了一倍，同时也大大增加了内存容量。基于新标准的硬件预计将于2021年推出，先从服务器层面开始采用，之后再逐步推广到消费者PC和其他设备。
JEDEC预计，DDR5的生命周期将和DDR4一样长，甚至更长一些。DDR3和DDR4都享有大约7年的生命周期，DDR5拥有更长的保质期，得益于技术产业的不断成熟。
据外媒anandtech报道，和之前的每一次DDR迭代一样，DDR5的主要关注点再次放在提高内存密度以及速度上。JEDEC希望将这两方面都提高一倍，最高内存速度将达到6.4Gbps（标准频率 6400MHz），而单条LRDIMM的容量最终将能够达到2TB，最大UDIMM容量为128 GB。同时，还有一些较小的变化，以支持这些目标或简化生态系统的某些方面，如on-DIMM电压调节器以及片内纠错代码（on-die ECC）。
堆叠技术让单颗、单条容量更大
首先是容量和密度，因为这是与DDR4相比最直接的标准变化。据anandtech，DDR5将允许单颗内存芯片的密度达到64Gbit，是DDR4最大密度16Gbit的4倍。再加上Die堆叠，最多允许8个Die堆叠为一个芯片，那么40个元件的LRDIMM可以达到2TB的有效内存容量。
不过16GB可能是单条DDR5内存比较常规的容量，单条最大理论容量能够达到256GB，甚至达到了目前多数HEDT平台的最大支持内存容量。而对于更简陋的无缓冲DIMM来说，这将意味着最终会看到DIMM容量达到128GB的典型双列配置。
当然，当芯片制造赶上规格所能允许的范围时，DDR5规格的峰值容量将用在标准生命周期的后期，首先，内存制造商将使用当今可达到的密度8Gbit和16Gbit芯片来构建DIMM。因此，虽然DDR5的速度提升相当直接，但随着制造密度的提高，容量的提升将更加缓慢。
单DIMM双通道，速度翻倍
DDR5再次提高了内存带宽。每个人都希望获得更高的性能（尤其是在DIMM容量不断增长的情况下），这也是这次DDR5提升的重点。
对于DDR5来说，JEDEC希望比通常的DDR内存规范更积极地开始工作。通常情况下，新的标准是从上一个标准的起点开始的，例如DDR3到DDR4的过渡，DDR3正式停止在1.6Gbps，DDR4内存的起步频率在2133MHz，较为顶级的产品能够达到4400MHz以上，这还需要处理器和主板等多方面的支持。然而对于DDR5来说，JEDEC的目标要高得多，预计将从4.8Gbps (标准频率 4800MHz)起跳，比末代DDR4 官方3.2Gbps（标准频率 3200MHz）最高速度快了50%左右，总传输带宽提升了38%。而在之后的几年里，当前版本的规范允许数据速率达到6.4Gbps，比DDR4的官方峰值快了一倍，最高可摸到8400MHz。
这些速度目标的基础是DIMM和内存总线的变化，以便在每个时钟周期内提供和传输更多数据。对于DRAM速度来说，最大的挑战来自于DRAM核心时钟速率缺乏进步。专用逻辑仍然在变快，内存总线仍然在变快，但支撑现代内存的基于电容和晶体管的DRAM时钟速度还不能超过几百兆赫。因此，为了从DRAM Die中获得更多的收益--维持内存本身越来越快的假象，并满足实际速度更快的内存总线--已经需要越来越多的并行性。而DDR5则再次提升了这一要求。这里最大的变化是，与LPDDR4和GDDR6等其他标准情况类似，单个DIMM被分解为2个通道。DDR5将不是每个DIMM提供一个64位数据通道，而是每个DIMM提供两个独立的32位数据通道（如果考虑ECC因素，则为40位）。同时，每个通道的突发长度从8个字节（BL8）翻倍到16个字节（BL16），这意味着每个通道每次操作将提供64个字节。
那么，与DDR4 DIMM相比，DDR5 DIMM以两倍的额定内存速度（核心速度相同）运行，将在DDR4 DIMM提供的操作时间内提供两个64字节的操作，使有效带宽增加一倍。
总的来说，64字节仍然是内存操作的神奇数字，因为这是一个标准缓存线的大小。如果在DDR4内存上采用更大的突发长度，则会导致128字节的操作，这对于单条高速缓存线来说太大，如果内存控制器不想要两条线的连续数据，充其量也会导致效率/利用率的损失。相比之下，由于DDR5的两个通道是独立的，一个内存控制器可以从不同的位置请求64个字节，这使得它更符合处理器的实际工作方式，并避免利用率的损失。
对标准PC台式机的净影响是，取代了DDR4系统模式，即2个DIMM填满2个通道进行2x64bit设置，而DDR5系统的功能将是4x32bit设置。
这种结构上的变化在其他地方有一些连锁效应，特别是要最大限度地提高这些小通道的使用率。DDR5引入了更细粒度的Bank（数据块）和Bank Group（数据组）存储体刷新功能，数量翻番到32，每Bank的自刷新速度翻番到16Gbps。这将允许一些k存储体在其他使用时进行刷新，能更快地完成必要的刷新（电容补给）、控制延迟、并使未使用的存储库更快可用。存储体组的最大数量也从4个增加到8个，这将有助于减轻顺序内存访问的性能折扣。
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