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DDR4向DDR5过渡,与DDR3向DDR4过渡有哪些不同?

2021-12-20 13:31:01 综合报道 阅读:
DDR5虽然带来了更高的性能,但高昂定价一直阻碍着它的普及。在性能方面DDR5最大的卖点之一是它可以为具有大量内核的处理器提供更高级别的带宽。内存带宽变得越来越重要,因为当

DDR5虽然带来了更高的性能,但高昂定价一直阻碍着它的普及。在性能方面DDR5最大的卖点之一是它可以为具有大量内核的处理器提供更高级别的带宽。mvYednc

内存带宽变得越来越重要,因为当今的主流PC处理器都有16个内核。但每一代新技术的普及都会经历挣扎,例如,第一代 DDR4 无法与当时最好的 DDR3 竞争,许多人怀疑 DDR5 是否会重演历史。mvYednc

DDR5 与 DDR4 规格mvYednc

DDR5 内存标准向我们承诺了更密集内存条的未来,这最终等同于您系统中更多的内存容量。mvYednc

DDR4 停在 16 Gb 内存芯片,但 DDR5 最多可以使用 64 Gb 内存芯片。【备注:SK海力士近日的最大容量的DDR5单一芯片容量从16Gb提升至24Gb。】mvYednc

后者还支持芯片上最多 8 个芯片的芯片堆叠,这意味着 DDR5 最高可以达到每个模块 2TB。这将适用于配备 LRDIMM 的服务器。mvYednc

在主流市场上,DDR5 可能会停在每棒 128GB 的水平。不过,这种密度仍然遥遥无期,因为最初的 DDR5 内存模块使用 16 Gb 内存芯片,因此我们将能在短期内看到 32GB 的最大容量。 mvYednc

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图:DDR5 与 DDR4:DDR5 对比 DDR4 DIMM 的优势mvYednc

如果我们查看 JEDEC(联合电子设备工程委员会)规范,DDR4 数据速率范围从 DDR4-1600 到 DDR4-3200。因此,很容易将 DDR5 视为 DDR4 的延续,因为 DDR5 标准从 DDR5-3200 开始一直延伸到 DDR5-6400。 mvYednc

然而,回顾DDR4时代的早期,DDR4-1600内存从未成为主流。相反,DDR4-2133 作为 DDR4 的基准。DDR5 遵循类似的模式。尽管 JEDEC 指定的数据速率低至 DDR5-3200,但许多(如果不是全部)主流 DDR5 产品的起点是 DDR5-4800。mvYednc

与之前从 DDR3 到 DDR4 的过渡不同,DDR5 的引脚数并不比其前身多。取而代之的是,DDR5 仍然保留了 288 针的排列,但针脚不同。因此,凹槽的位置发生了变化,将有助于防止经验不足的用户尝试将 DDR5 内存模块插入 DDR4 插槽,反之亦然。不过,这只是一个很小的变化。真正的游戏规则改变者位于您在 DIMM 外部看不到的架构级别。mvYednc

DDR4 内存模块具有单个 64 位通道(如果考虑 ECC,则为 72 位)。相比之下,DDR5 内存模块配备了两个独立的 32 位通道(40 位带 ECC)。JEDEC 还将突发长度(burst length )从 8 字节 (BL8) 增加到 16 字节 (BL16)。上述升级提高了效率并减少了数据访问延迟。在双 DIMM 设置中,这种转换本质上将 DDR5 转换为 4 x 32 位配置,而不是 DDR4 上的传统 2 x 64 位配置。mvYednc

为了继续推动更高的能效,DDR5 的工作电压为 1.1V,低于 DDR4 的 1.2V。但是,您会在 1.1V 电压下找到的唯一内存套件符合 JEDEC 的时序。例如,DDR4 的标准工作电压是 1.2V,但是超频的内存套件或具有更严格时序的更高分档的内存套件对电压的要求更高。就像我们看到 DDR4 在 1.6V 下扩展到 DDR4-5000 一样,DDR5 也可能会爬升电压阶梯。这不是比赛,但 1.35V 是迄今为止 DDR5 的最高电压 (DDR5-6800)。 英特尔的极限内存配置文件 (XMP) 扩展与 DDR4 一起发展,所以现在我们有了 XMP 的第三次迭代。那么,XMP 3.0 发生了什么变化?嗯,现在最多有五个 XMP 配置文件,用户可以修改两个自定义 XMP 配置文件并将其直接保存到 SPD 上。mvYednc

DDR5 也标志着电压调节的根本变化。主板不再负责电压调节,因为内存模块有自己的电源管理 IC (PMIC)。(服务器级 DIMM 为 12V,主流 DIMM 为 5V。)mvYednc

PMIC 从主板获取 5V 输入并将其转换为电压轨的可用电压,包括 VDD (1.1V)、VDDQ (1.1) 和 VPP (1.8V)。PMIC 旨在改善电压调节和信号完整性以及降低噪声。然而,改变是一把双刃剑。在 DDR5 内存模块上安装稳压器有助于降低主板成本和设计复杂性,但最终会将成本转移到内存模块上。这也使得DDR5依赖于PMIC芯片的供应,而持续的PMIC短缺是DDR5一片难求的主要原因。mvYednc

除了更高的带宽和更高的功耗之外,DDR5 还将提供更高的每个内存模块容量。内存密度和 bank 齐头并进。当您增加密度时,您还必须增加bank的数量以容纳额外的容量。DDR5 基于 32-bank 结构,分为八组。相比之下,DDR4 的 16-bank 结构分为四组。每组仍然有个bank,这没有改变。从 16 个bank增加到 32 个bank,可以连续打开更多的页面。DDR5 还具有相同bank刷新功能(SBRF:Same Bank Refresh function),允许它每组刷新一个库而不是所有bank。mvYednc

 片上 ECC (ODECC) 是 DDR5 规范的另一个关键特性,但不应与标准 ECC 混淆。制造商转向更小的节点以增加存储芯片的密度,而片上 ECC 的工作是纠正这些芯片内部的潜在错误以提高可靠性。但是,保护仅限于芯片内的内存阵列——一旦数据移出 DIMM,数据就会自行存储。片上 ECC 不为传输中的数据提供任何保护,这就是片上 ECC 不是真正的 ECC 实现的原因。人们可能会质疑片上 ECC 的效用,因为当数据通过内存总线传输时,错误更为突出。此外,片上 ECC 需要额外的容量来存储奇偶校验,这意味着 DDR5 的另一个额外成本(除了 PMIC)。显然,片上 ECC 不是普通 ECC 的替代品,但两者将在服务器或企业环境中统一使用。在 DDR 的发展过程中,我们看到一些制造商在某些主板上提供了新旧 RAM 支持的组合。在过去,找到同时支持 DDR 和 DDR2 的主板并不罕见。我们看到了 DDR2 和 DDR3,甚至 DDR3 和 DDR4 的相同趋势。但是,由于电压调节转移到 DIMM,我们不希望看到用于 DDR5 的混合主板。这两种技术要在单个主板上和谐共存,实在是太复杂了。mvYednc

现代 DDR4 16GB 内存模块可采用单列 (1Rx8) 或双列 (2Rx8) 设计,分别带有 16 吉比特和 8 吉比特 IC。相反,DDR5 16GB 内存模块仅采用 16 GB 芯片的单列布局。因此,我们将单列 32GB (2x16GB) DDR5 内存与等效的单列 32GB (2x16GB) DDR4 内存套件进行了比较。mvYednc

我们在 JEDEC 时序下测试了不同的标准数据速率,包括 DDR4-2133、DDR4-3200 和 DDR5-4800。如您所知,JEDEC 为每个数据速率(A、B 和 C)使用三个不同的 bin。对于我们的测试,我们选择了中间立场。DDR4-2133 为 15-15-15,DDR4-3200 为 22-22-22,DDR5-4800 为 40-40-40。mvYednc

与基准相比,DDR5-4800 C40 提供的带宽比 DDR4-2133 C15 高 112%,比 DDR4-3200 C22 高 46%。与 DDR4-4000 C16 相比,DDR5-4800 C40 有 19% 的优势。DDR5-6400 C36 是同类产品中最好的配置——它比 Sandra 2021 达到 100 GBps 大关仅差 26.43 GBps。mvYednc

虽然 DDR5 的带宽大大提高,但延迟却变得更糟。这是意料之中的,因为 DDR5 的时序更宽松。即使是普通的 DDR4-2133 C15 也比 DDR5-4800 C40 快 5%。比DDR4-3200 C22 更是跃升17%。 mvYednc

DDR5相比DDR4,把内存的电源管理模块挪到了内存片上(散热也是个问题),尽量减少主板电源到内存之间的电源损耗。mvYednc

责编:胡安mvYednc

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