7月15日，JEDEC正式公布了全新的DDR5標(biāo)準(zhǔn)，劍指下一代高性能計(jì)算系統(tǒng)。據(jù)JEDEC聲稱，DDR5是為了滿足高效率高性能的多種需求所設(shè)計(jì)的，不僅包括客戶端系統(tǒng)，還有高性能服務(wù)器，為未來的數(shù)據(jù)中心和計(jì)算機(jī)改革提供全新的內(nèi)存技術(shù)。

據(jù)IDC調(diào)研數(shù)據(jù)顯示，針對(duì)DDR5的需求將從2020年開始逐步增長(zhǎng)，并于2021年占據(jù)22%的DRAM市場(chǎng)，在2022年的市場(chǎng)占有率達(dá)到43%。
在算力飛速發(fā)展的時(shí)代，CPU制造商仍在提高核心數(shù)。以往PC用戶使用的是四核CPU，現(xiàn)在大多數(shù)CPU制造商都已經(jīng)在消費(fèi)者市場(chǎng)提供六核，乃至十二核的高端芯片。在服務(wù)器應(yīng)用上，CPU的核心數(shù)量已經(jīng)高至64核。而DDR4這樣的服務(wù)器內(nèi)存解決方案，已經(jīng)開始難以滿足多核心CPU的帶寬需求。

信號(hào)完整性，功率輸出以及布局復(fù)雜度都限制了每個(gè)CPU核心上的帶寬。因此發(fā)揮下一代CPU的真實(shí)性能就需要新的內(nèi)存架構(gòu)，這也是DDR5的設(shè)計(jì)初衷之一。

單有內(nèi)存還不夠，對(duì)于桌面級(jí)以及服務(wù)器級(jí)別的應(yīng)用，CPU的內(nèi)存控制器支持也是至關(guān)重要的。去年華為俄羅斯在一次會(huì)議中泄露了Intel的產(chǎn)品規(guī)劃路線圖，該圖指出Intel將在2021年發(fā)布的Sapphire Rapids微架構(gòu)Xeon處理器中支持DDR5和PCIe5。

AMD資深副總裁Forrest Norrod在去年的某次采訪中明確表示，2020年下半年發(fā)布的Zen3架構(gòu) Milan芯片依然僅支持DDR4。據(jù)GamersNexus收到的內(nèi)幕消息，AMD將于2022年發(fā)布的Zen4架構(gòu)CPU和Zen3+ APU會(huì)支持DDR5。

DDR5與DDR4的差異
DDR5可以實(shí)現(xiàn)更高的數(shù)據(jù)傳輸率、更低的功耗和更高的密度。數(shù)據(jù)傳輸率上，DDR5的最大傳輸速率可達(dá)6400 MT/s，是DDR4的兩倍，SK海力士也已經(jīng)開始研制8400MT/s的DDR5內(nèi)存。與DDR4-3200相比，DDR5-6400可以做到兩倍以上的帶寬。

為了提高內(nèi)存的傳輸速率，DDR5有這么幾個(gè)新特色：

1.多抽頭判決反饋均衡器（DFE）：通過開放了設(shè)備中的數(shù)據(jù)眼圖，DFE減輕了高速率下的碼間干擾（ISI）

2.占空比調(diào)節(jié)（DCA）電路：該電路可以為內(nèi)部的讀取路徑調(diào)整DQ和DQS占空比。當(dāng)這些信號(hào)在設(shè)備和PCB中傳輸時(shí)，這一功能可以修正自然發(fā)生的小型占空比失真，最終優(yōu)化控制器收到的DQ和DQS信號(hào)占空比。

3.DQS間歇振蕩器電路：該電路可以讓控制器監(jiān)控由于電壓和溫度漂移，在DQS時(shí)鐘樹上引起的延時(shí)。這樣的話，控制器設(shè)計(jì)可以主動(dòng)決定是否或何時(shí)進(jìn)行重訓(xùn)練，從而優(yōu)化寫入時(shí)機(jī)。

4.具有獨(dú)立模式寄存器的讀取訓(xùn)練模式：相關(guān)的數(shù)據(jù)模式包括默認(rèn)的可編程串行模式，一個(gè)簡(jiǎn)單的四種模式，以及一個(gè)線性反饋移位寄存器生成的模式，為高數(shù)據(jù)傳輸率提供更加充足的時(shí)間間隙。

5.內(nèi)部參考電壓：控制與地址引腳與芯片選擇引腳的參考電壓。DQ引腳的內(nèi)部參考電壓改善了DQ接收器上的電壓裕度，而這幾個(gè)引腳的內(nèi)部參考電壓分別改進(jìn)了對(duì)應(yīng)接收器上的電壓裕度，讓設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)更高的數(shù)據(jù)傳輸率。

三星

三星在今年年初公布了自己在DDR5上的規(guī)劃。三星的DDR5采用了最新的TSV 8層技術(shù)，讓一個(gè)DDR5芯片擁有DDR4兩倍的棧。每個(gè)DIMM也可以提供512GB的容量。

三星也將在下一代DRAM上全面利用EUV光刻工藝，先從第四代10nm（D1a）和先進(jìn)的14nm制程開始。除此之外，三星決定其在韓國(guó)平澤市的P2晶圓廠將與下半年開始生產(chǎn)，該廠原定用于“生產(chǎn)下一代高端DRAM”。三星預(yù)計(jì)基于D1a的16Gb DDR5和LPDDR5將于明年開始量產(chǎn)。

SK海力士
2018年11月，SK海力士就成功研制出了第一款達(dá)到JEDEC標(biāo)準(zhǔn)的16Gb DDR5 DRAM。10nm級(jí)的16Gb DDR5高速高容量?jī)?nèi)存，將成為他們的主打產(chǎn)品，并將于今年開始量產(chǎn)。SK海力士的DRAM產(chǎn)品規(guī)劃部門主管Sungsoo Ryu說：“第四次工業(yè)革命中，打頭陣的是5G、自動(dòng)駕駛、AI、AR、VR和大數(shù)據(jù)等應(yīng)用，而DDR5 DRAM可以用于下一代高性能運(yùn)算（HPC）和基于AI的數(shù)據(jù)分析。DDR5也可以為16Gb甚至是24Gb內(nèi)存提供更加廣泛的密度選擇，以滿足云服務(wù)客戶的需求。”
除了已經(jīng)提到的性能和功耗差異外，SK海力士也提到了DDR5使用的新技術(shù)ECC和ECS。這兩大技術(shù)可以解決內(nèi)部的單位錯(cuò)誤，同時(shí)降低成本。ECS會(huì)記錄DRAM的缺陷，并為主機(jī)提供錯(cuò)誤計(jì)數(shù)，進(jìn)一步提升服務(wù)器系統(tǒng)的透明性，增強(qiáng)其穩(wěn)定性、可用性以及服務(wù)性能（RAS）。

Micron
美光于今年1月宣布開始篩選DDR5的DIMM，并基于業(yè)界領(lǐng)先1znm的制造工藝。美光稱DDR5能為下一代服務(wù)器在內(nèi)存性能上帶來85%以上的提升。美光計(jì)算與網(wǎng)絡(luò)部門的主管和高級(jí)副總裁Tom Eby指出：“隨著各種模擬應(yīng)用的數(shù)據(jù)快速增長(zhǎng)，數(shù)據(jù)中心的負(fù)載也在慢慢瀕臨挑戰(zhàn)，而解決方案就是高性能、高密度和高質(zhì)量的內(nèi)存。”

隨著DDR5標(biāo)準(zhǔn)的正式公布，美光也隨之公布了自己的DDR5技術(shù)支持計(jì)劃，提供技術(shù)資源、產(chǎn)品以及生態(tài)合作伙伴，加入這一計(jì)劃的公司包含Cadence、Renesas、Synopsys、Montage和Rambus。

長(zhǎng)鑫 長(zhǎng)鑫研發(fā)出了首顆量產(chǎn)的國(guó)產(chǎn)DDR4內(nèi)存芯片，其8GB和4GB的DDR4內(nèi)存產(chǎn)品也已經(jīng)上市。其DDR4產(chǎn)品使用長(zhǎng)鑫的10G1（19nm）工藝，相同工藝也將用于今年下半年投產(chǎn)的LPDDR4X產(chǎn)品。據(jù)其產(chǎn)品規(guī)劃圖顯示，長(zhǎng)鑫將開發(fā)基于10G3工藝（17nm）的DDR4、LRDDR4X、DDR5和LPDDR5產(chǎn)品，未來還有基于10G5的DDR5/LPDDR5和GDDR6。目前長(zhǎng)鑫存儲(chǔ)已經(jīng)建成了第一座12英寸晶圓廠并投產(chǎn)，并計(jì)劃再建兩座晶圓廠。

Synopsys
DDR5標(biāo)準(zhǔn)公布后，Synopsys也公布了業(yè)界首個(gè)兼容該標(biāo)準(zhǔn)的DDR5 DRAM/DIMM 驗(yàn)證IP（VIP）。用于DDR5的Synopsys VC VIP以易用性、快速集成能力以及高性能實(shí)現(xiàn)了下一代內(nèi)存設(shè)備的設(shè)計(jì)與驗(yàn)證，進(jìn)一步加速了驗(yàn)證這個(gè)過程。此外Synopsys DesignWare的DDR5/4 PHY和控制器IP也可以在高至6400 Mb/s的速率下運(yùn)行，支持DDR5標(biāo)準(zhǔn)的各種特性。
Rambus

Rambus的DDR5服務(wù)器DIMM緩沖芯片組是業(yè)界首個(gè)為下一代DDR5開發(fā)的半導(dǎo)體。該芯片組可以提升內(nèi)存容量，同時(shí)保持DIMM的峰值性能。這些增益對(duì)于未來對(duì)數(shù)據(jù)密集的應(yīng)用來說非常關(guān)鍵。
DDR5數(shù)據(jù)緩沖器（DB）和寄存時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)器（RCD）用在DDR5的服務(wù)器內(nèi)存RDIMM和LRDIMM中，與未緩沖的DIMM相比，前者可以實(shí)現(xiàn)更高的的帶寬、性能和容量。RDIMM和LRDIMM減少了CPU的負(fù)載，改善了控制/地址總線上的信號(hào)完整性。更重要的是，DDR5 DB將減少數(shù)據(jù)總線上的有效負(fù)載，如此一來可以在模塊上加入更大容量的DRAM。

瀾起
以內(nèi)存接口芯片為主營(yíng)業(yè)務(wù)的瀾起科技也公布了自己的DDR5接口芯片，包括DB芯片M88DR5DB01和RCD芯片M88DR5RCD01，支持DDR5-4800。據(jù)其公司投資者關(guān)系記錄稱，瀾起于2019年已完成了符合JEDEC標(biāo)準(zhǔn)第一子代的DDR5 RCD和DB芯片工程樣片的流片，并于去年下半年送樣給客戶和合作伙伴測(cè)試評(píng)估，計(jì)劃在2020年完成第一子代DDR5內(nèi)存接口量產(chǎn)芯片的研發(fā)。

JEDEC預(yù)計(jì)DDR5的總體推廣曲線與以往的DDR標(biāo)準(zhǔn)相近，因此我們也許得在12到18月后才能看到DDR5的內(nèi)存出現(xiàn)在設(shè)備中。但隨著科技產(chǎn)業(yè)的逐漸成熟，JEDEC同時(shí)預(yù)計(jì)DDR5的貨架壽命會(huì)比DDR4要長(zhǎng)。照各大廠商目前的開發(fā)速率，未來一段時(shí)間內(nèi)我們必會(huì)陸續(xù)看到他們的DDR5樣品和商用DIMM，相信明年的服務(wù)器市場(chǎng)和客戶桌面端市場(chǎng)會(huì)迎來新的轉(zhuǎn)變。