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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 点击次数:1628
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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