JEDEC固態(tài)技術協(xié)會今天將發(fā)布其下一個主流存儲器標準DDR5 SDRAM的最終規(guī)范，這將標志著計算機存儲器開發(fā)的一個重要里程碑。自90年代末以來，DDR的最新版本一直在驅(qū)動PC，服務器以及所有產(chǎn)品之間的發(fā)展，DDR5再次擴展了DDR內(nèi)存的功能，使峰值內(nèi)存速度提高了一倍，同時也大大增加了內(nèi)存大小。

　　預計到2021年，基于新標準的硬件將在服務器級別開始采用，然后再推廣到客戶端PC和其他設備。

　　DDR5規(guī)范最初計劃于2018年發(fā)布，今天的發(fā)布相對于JEDEC的原定計劃有些落后，但并沒有降低新存儲器規(guī)范的重要性。像之前的DDR每次迭代一樣，DDR5的主要重點再次是提高內(nèi)存密度和速度。JEDEC希望將兩者都提高一倍，最大內(nèi)存速度設置為至少6.4Gbps，而單個封裝的LRDIMM的容量最終將達到2TB。

　　一直以來，存在一些較小的更改以支持這些目標或簡化生態(tài)系統(tǒng)的某些方面，例如，DIMM上的電壓調(diào)節(jié)器以及芯片上的ECC。

　　變得更大：更密的內(nèi)存和芯片堆疊

　　我們首先簡要介紹一下容量和密度，因為與DDR4相比，這是對標準最直接的更改。DDR5的設計時間跨度為數(shù)年，它將允許單個存儲芯片達到64Gbit的密度，這比DDR4的最大16Gbit密度高出4倍。結合die堆疊，可以將多達8個管芯die為一個芯片，那么40個單元的LRDIMM可以達到2TB的有效存儲容量?；蛘邔τ诟黄鹧鄣臒o緩沖DIMM，這意味著我們最終將看到典型雙列配置的DIMM容量達到128GB。

　　當然，當芯片制造趕上規(guī)范允許的范圍時，DDR5規(guī)范的峰值容量將用于該標準生命周期的后期。首先，內(nèi)存制造商將使用當今可達到的密度8Gbit和16Gbit芯片來構建其DIMM。因此，雖然DDR5的速度提升將是相當立即的，但是隨著制造密度的提高，容量的提升將更加緩慢。

　　更快：一個DIMM，兩個通道

　　DDR5的另一部分是關于再次增加內(nèi)存帶寬。每個人都希望獲得更高的性能（尤其是隨著DIMM容量的增長），并且毫不奇怪的是，為了實現(xiàn)這一目標，在規(guī)范中進行了大量工作。

　　對于DDR5而言，JEDEC希望比DDR存儲器規(guī)范更積極地開始工作。通常，新標準是從上一個標準開始的地方開始的，例如從DDR3到DDR4的過渡，DDR3正式停止在1.6Gbps，而DDR4從那里開始。但是，對于DDR5，JEDEC的目標是更高的，該組織預計將以4.8Gbps的速度推出，比DDR4的官方3.2Gbps最大速度快約50％。在隨后的幾年中，該規(guī)范的當前版本允許的數(shù)據(jù)速率高達6.4Gbps，是DDR4官方峰值的兩倍。

　　當然，愛好者會注意到DDR4已經(jīng)超過了官方規(guī)定的最大3.2Gbps（有時遠高于），并且DDR5最終可能會走類似的路線。不論具體數(shù)字如何，其基本目標是使單個DIMM的可用帶寬翻倍。因此，如果SK海力士確實在本十年后期實現(xiàn)了DDR5-8400的目標，也不要感到驚訝。

　　這些速度目標的基礎是DIMM和內(nèi)存總線上的更改，以便每個時鐘周期饋送和傳輸大量數(shù)據(jù)。與DRAM速度一樣，最大的挑戰(zhàn)來自DRAM核心時鐘速率缺乏進展。專用邏輯仍在變得越來越快，存儲器總線也在變得越來越快，但是支撐現(xiàn)代存儲器的基于電容器和晶體管的DRAM的時鐘頻率仍然不能超過幾百兆赫茲。

　　因此，為了從DRAM裸片中獲得更多收益（以保持內(nèi)存本身正在變得越來越快并提供實際上更快的內(nèi)存總線的錯覺），需要越來越多的并行性。DDR5再次提高了賭注。

　　此處最大的變化是，與我們在LPDDR4和GDDR6等其他標準中看到的情況類似，單個DIMM被分解為2個通道。DDR5不會為每個DIMM提供一個64位數(shù)據(jù)通道，而是為每個DIMM提供兩個獨立的32位數(shù)據(jù)通道（考慮ECC時為40位）。同時，每個通道的burst length從8字節(jié)（BL8）翻倍到16字節(jié)（BL16），這意味著每個通道每次操作將交付64字節(jié)。與DDR4 DIMM相比，以兩倍于額定內(nèi)存速度（相同核心速度）運行的DDR5 DIMM將在DDR4 DIMM傳輸一個DDR4 DIMM的時間內(nèi)提供兩個64字節(jié)操作，從而使有效帶寬增加了一倍。

　　總體而言，內(nèi)存操作的魔術數(shù)字仍然是64字節(jié)，因為這是標準高速緩存行的大小。DDR4樣式的內(nèi)存上較大的burst length將帶來128字節(jié)的操作，這對于單個高速緩存行而言太大，并且如果存儲器控制器不希望占用兩行的書序數(shù)據(jù)的值，這充其量會導致效率/利用率損失。相比之下，由于DDR5的兩個通道是獨立的，因此內(nèi)存控制器可以從不同的位置請求64個字節(jié)，這使其更適合處理器的實際工作方式，并且避免了利用率打折扣（utilization penalty）。

　　這樣一來，對標準PC臺式機的最終影響將是，代替今天的DDR4規(guī)劃，即兩個DIMM填充兩個通道以進行2x64位設置，而DDR5系統(tǒng)將在功能上表現(xiàn)為4x32位設置。內(nèi)存仍將成對安裝-我們不會回到安裝32位SIMM的時代-但現(xiàn)在最低配置是DDR5較小通道中的兩個。

　　這種結構變化還會在其他地方產(chǎn)生連鎖反應，尤其是在這些較小的通道中最大化使用。DDR5引入了更細粒度的存儲體刷新功能，該功能將允許某些存儲體在使用中的同時進行刷新。這樣可以更快地進行必要的刷新（電容器充電），從而保持等待時間，并使未使用的存儲庫盡快可用。存儲體組的最大數(shù)量也從4個增加到8個，這將有助于減輕順序存儲訪問帶來的性能損失。

　　快速總線服務：決策反饋均衡

　　相比尋找增加DRAM DIMM并行化數(shù)量的方法，增加總線速度既簡單又困難：這種想法在概念上很簡單，在執(zhí)行上也很困難。最終，要使DDR的內(nèi)存速度提高一倍，DDR5的內(nèi)存總線的運行速度必須是DDR4的兩倍。

　　DDR5進行了幾處更改以實現(xiàn)這一目標，但是令人驚訝的是，存儲總線沒有任何大規(guī)模的根本更改，例如QDR或差分信令（differential signaling）。取而代之的是，JEDEC及其成員已經(jīng)能夠使用經(jīng)過稍微修改的DDR4總線版本實現(xiàn)其目標，盡管這種總線必須在更嚴格的公差范圍內(nèi)運行。

　　這里的關鍵驅(qū)動因素是決策反饋均衡（Decision Feedback Equalization：DFE）的引入。在非常高的水平上，DFE是一種通過使用來自內(nèi)存總線接收器的反饋來提供更好的均衡效果來減少 inter-symbol 干擾的方法。更好的均衡又可以使DDR5內(nèi)存總線以更高的傳輸速率運行所需的更清晰的信號傳輸，而不會發(fā)生任何故障。同時，標準中的一些較小更改進一步幫助了這一點，例如添加了新的改進訓練模式，以幫助DIMM和控制器補償內(nèi)存總線上的微小時序差異。

　　更簡單的主板，更復雜的DIMM：DIMM上的電壓調(diào)節(jié)

　　隨著內(nèi)核在密度和存儲速度方面的變化，DDR5再次提高了DDR存儲器的工作電壓。根據(jù)規(guī)格，DDR5的Vdd為1.1v，低于DDR4的1.2v。像過去的更新一樣，這將提高內(nèi)存相對于DDR4的電源效率，盡管到目前為止，功耗提升的幅度不如DDR4和早期標準。

　　JEDEC還在DDR5內(nèi)存標準中引入來對DIMM的電壓調(diào)節(jié)方式進行相當重要的更改。簡而言之，電壓調(diào)節(jié)正從主板移至各個DIMM，而DIMM則負責其自身的電壓調(diào)節(jié)需求。這意味著DIMM現(xiàn)在將包括一個集成的穩(wěn)壓器，并且適用于從UDIMM到LRDIMM的所有內(nèi)容。

　　DDR5 DIMM：仍為288針，但引腳排列已更改

　　最后，正如早期供應商原型中已經(jīng)廣泛證明的那樣，DDR5將保持與DDR4相同的288針數(shù)。這反映了DDR2到DDR3的過渡，此處的引腳數(shù)在240個引腳處也保持相同。

　　但是，不要期望在DDR4插槽中使用DDR5 DIMM。盡管引腳數(shù)沒有改變，但引腳排列卻是為了適應DDR5的新功能，尤其是其雙通道設計。

　　這里最大的變化是命令和地址總線正在收縮和分區(qū)（ shrunk and partitioned），其引腳被重新分配給第二個存儲通道的數(shù)據(jù)總線。DDR5將具有兩個7位CA總線，而不是單個24位CA總線，每個通道一個。當然，7只是舊總線的一半，因此對于交換的存儲控制器來說，事情變得越來越復雜。

　　現(xiàn)在開始送樣，在接下來的12-18個月內(nèi)開始采用

　　與其他JEDEC規(guī)范發(fā)布一樣，今天的發(fā)布要少一些產(chǎn)品，而更多的是要由開發(fā)委員會設置供其成員使用的標準。從一開始就參與DDR5開發(fā)過程的主要內(nèi)存制造商已經(jīng)開發(fā)了DIMM原型，現(xiàn)在正在考慮將其打包起來，以將他們的第一個商用硬件推向市場。

　　DDR5的總體采用曲線預計將與早期DDR標準相似。也就是說，JEDEC預計DDR5將在硬件完成后的12到18個月內(nèi)開始出現(xiàn)在終端設備中，并從那里開始增加。盡管該小組沒有提供具體的產(chǎn)品指導，但他們非常清楚地表示，他們希望服務器再次成為早期采用的推動力，尤其是在大型超大規(guī)模產(chǎn)品方面。英特爾和AMD都沒有正式宣布使用新內(nèi)存的平臺，但是在那一點上只是時間問題。

　　同時，他們期望DDR5的壽命周期與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，并且DDR5應該具有相同的穩(wěn)定性。而且，盡管無法完全清晰地看到數(shù)年，但此時JEDEC認為，由于技術行業(yè)的不斷成熟，DDR5的保質(zhì)期將比DDR4長。當然，這是蘋果在同一年放棄英特爾的CPU，因此到2028年，一切皆有可能。

　　無論如何，隨著DDR5準備發(fā)布，可以期望主要的存儲器制造商繼續(xù)炫耀其原型和商用DIMM。隨著2021年正式開始采用，似乎明年將為服務器市場以及最終的客戶端臺式機市場帶來一些有趣的變化。