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2020年突如其來的一場(chǎng)疫情打亂了各行各業(yè)的發(fā)展，受其影響，人們的生活模式在短時(shí)間內(nèi)被迫大幅轉(zhuǎn)變，工作方式加速向在線轉(zhuǎn)移。疫情下的宅經(jīng)濟(jì)在促進(jìn)數(shù)字經(jīng)濟(jì)如網(wǎng)絡(luò)游戲、社群媒體互動(dòng)與網(wǎng)絡(luò)消費(fèi)模式的黏著度提升的同時(shí)，帶動(dòng)了換機(jī)潮，而智能終端裝置的普及又間接拉動(dòng)了云端需求。再加上企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的剛需，云端服務(wù)滲透率不斷攀升。
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圖 | 服務(wù)器，圖源：cnki
這直接帶動(dòng)了ICT設(shè)備市場(chǎng)的增長(zhǎng)。根據(jù)IDC的數(shù)據(jù)，2020年全球PC出貨量3.03億臺(tái)，同比增長(zhǎng)13.47%；全球服務(wù)器出貨量 1220萬臺(tái)，同比增長(zhǎng)3.92%。而DIGITIMES更是預(yù)測(cè)，2020-2024年全球服務(wù)器出貨量CAGR 將達(dá)到6%。因此，受益于服務(wù)器、PC、智能終端等應(yīng)用市場(chǎng)巨大的保有量和對(duì)配套存儲(chǔ)器性能要求的不斷提高，全球存儲(chǔ)器市場(chǎng)需求將呈現(xiàn)穩(wěn)步提升的態(tài)勢(shì)。
DDR5時(shí)代來臨
說到存儲(chǔ)器，除了賴以生存的市場(chǎng)土壤，我們不得不提到 “好兄弟”CPU，說到底內(nèi)存作為硬盤與CPU進(jìn)行溝通的橋梁，其存在的意義就是解決CPU高速運(yùn)行與硬盤數(shù)據(jù)存取太慢之間的矛盾的，因此CPU的運(yùn)算速度和內(nèi)存密切相關(guān)，一定程度上來說，內(nèi)存的發(fā)展很大程度上是與CPU處理器捆綁式進(jìn)步的。
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圖 | 內(nèi)存、數(shù)據(jù)與CPU關(guān)系示意，圖源：Andy Lock
縱觀CPU發(fā)展史，從1970年到2005年的單核時(shí)代，到2006年開始進(jìn)入的全新多核時(shí)代，發(fā)展到現(xiàn)在的臺(tái)式機(jī)6核起跳，英特爾和AMD的核戰(zhàn)爭(zhēng)可謂越演愈烈。實(shí)際上，從2010年-2012年多核處理器流行開始，每個(gè)處理器內(nèi)核的平均內(nèi)存帶寬數(shù)值是逐漸下降的。為了應(yīng)對(duì)這樣的情況，廠商不得不采用更多的輔助技術(shù)來保證處理器在數(shù)據(jù)帶寬難以提升的情況下進(jìn)一步提高性能，包括重新優(yōu)化內(nèi)存讀取機(jī)制，采用更大的緩沖區(qū)設(shè)計(jì)（更大的緩存）等，當(dāng)然這些設(shè)計(jì)都只是治標(biāo)不治本，內(nèi)存帶寬的提升才是根本。
為了實(shí)質(zhì)性地提高每處理器內(nèi)核的平均內(nèi)存帶寬，時(shí)隔8年，JEDEC固態(tài)技術(shù)協(xié)會(huì)在2020年7月正式發(fā)布了DDR5 SDRAM的最終規(guī)范JESD79-5，這意味著DDR5的時(shí)代即將開啟。
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圖 | 江波龍DDR5內(nèi)存模組產(chǎn)品（ES1）
什么是DDR5？
DDR5是第五代DDR SDRAM的簡(jiǎn)稱，DDR SDRAM是英文Double Data Rate SDRAM的縮寫，中文譯為雙倍速率SDRAM，而SDRAM又是Synchronous Dynamic Random Access Memory的縮寫，譯為同步動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器，同步對(duì)象是系統(tǒng)時(shí)鐘頻率。因此組合起來講，DDR5就是第五代雙倍速率同步動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器的意思。
DDR5到底好在哪？
根據(jù) JEDEC的信息，DDR5的規(guī)范整體是在DDR4的基礎(chǔ)上起草的，因此大體框架類似，而容量更大、速率更高、功耗更低、新功能的出現(xiàn)是 DDR5有別于DDR4最明顯的進(jìn)步。
具體來講，容量方面，單顆DDR5的容量從8Gb到64Gb；速率方面，DDR5從3.2Gbps起跳，到6.6Gbps，最高可擴(kuò)展到8.4Gbps，預(yù)取數(shù)據(jù)能力從DDR4的8n上升為 16n，突發(fā)數(shù)據(jù)長(zhǎng)度變?yōu)?6；功耗方面，為了保證功耗曲線基本扁平，DDR5的工作電壓從DDR4的1.2V降低為1.1V；此外，功能方面，DDR5除了沿襲了激活、讀寫、預(yù)充電、刷新、自刷新、節(jié)電模式、ZQ校準(zhǔn)等基本功能外，還增加了不少新功能。
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圖 | 江波龍內(nèi)存模組產(chǎn)品（ES1）參數(shù)信息
不久前，江波龍推出了第一波DDR5內(nèi)存模組產(chǎn)品（ES1），分別為16GB的1Rank x8以及32GB的2Rank x8，頻率為4800MHz，時(shí)序CL 40。結(jié)合Intel AlderLake-S ADP-S DDR5 UDIMM CRB開發(fā)板，搭配Longsys DDR5 32GB 4800內(nèi)存模組和128GB SSD，并配置Windows 10 Pro x64操作系統(tǒng)，分別通過魯大師和AIDA64兩個(gè)軟件進(jìn)行了跑分測(cè)試，下面一探究竟。
Intel AlderLake-S ADP-S DDR5 UDIMM CRB開發(fā)板：
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圖 | Intel AlderLake-S ADP-S DDR5 UDIMM CRB開發(fā)板
圖中可以看到，未發(fā)布的英特爾12代酷睿AlderLake-S處理器就隱藏在英特爾原裝散熱器下方。此外，開發(fā)板有兩條內(nèi)存插槽，一條M.2 2280 NVMe固態(tài)硬盤，而另一條正是紅色框中的江波龍32GB DDR5內(nèi)存。
從BIOS讀取平臺(tái)以及內(nèi)存信息：
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圖 | BIOS平臺(tái)信息
調(diào)取BIOS信息，平臺(tái)主板名稱為 “AlderLake-S ADP-S DDR5”，處理器名稱為 AlderLake DT，主頻0.8GHz，但具體型號(hào)沒有顯示。
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圖 | BIOS內(nèi)存信息
同樣是BIOS的信息，江波龍的這款32GB DDR5內(nèi)存頻率為4800MHz，時(shí)序40-40-40-77，顯示為獨(dú)立的兩條16GB內(nèi)存，接口均為Slot 0，每條兩個(gè)Rank，言外之意，DDR5新架構(gòu)采用了兩個(gè)完全獨(dú)立的32位通道，單條可實(shí)現(xiàn)雙通道效果。
接下來，再看看測(cè)試的情況：
1）AIDA64測(cè)試數(shù)據(jù)
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2）魯大師測(cè)試數(shù)據(jù)
硬件配置：
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圖 | 魯大師測(cè)試硬件配置頁面
跑分結(jié)果：
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圖 | 魯大師跑分結(jié)果與系統(tǒng)顯示容量和頻率情況
業(yè)界普遍認(rèn)為9000分以上的內(nèi)存是好的內(nèi)存，10000分以上的內(nèi)存就是性能非常強(qiáng)勁的內(nèi)存。而這些判斷是基于DDR4及以前的版本，如今江波龍的DDR5內(nèi)存竟然跑到了193864分，這性能著實(shí)配得上“跨越式”提升這個(gè)詞。
DDR5性能強(qiáng)大之源
是什么讓DDR5性能如此之強(qiáng)？這就要從JESD79-5說起了，從規(guī)范中可知，DDR5內(nèi)存條的最終外觀和DDR4基本相同，針腳數(shù)維持與DDR4一樣的288 pin（針腳寬度0.85mm），只是在防呆口上有些差別，以避免用戶將DDR5內(nèi)存條錯(cuò)誤地插入其他類型的插槽。
不過，對(duì)比DDR4，DDR5的帶寬容量和速率方面提升很大，假設(shè)按照DDR4的方式來進(jìn)行信號(hào)線排布，那么金手指的數(shù)量勢(shì)必要增加，違背電子產(chǎn)品小型化趨勢(shì)，因此為了保持288 pin針腳數(shù)不變，DDR5 DIMM無奈地選擇了將命令和地址信號(hào)合成一條CA總線的模式。這樣一來，原本300多個(gè)金手指管腳的需求就一下子縮減到了14個(gè)CA管腳，極大地提升了DIMM的管腳利用率。利弊相依，由于采用了CA總線模式，DDR5不能像DDR4一樣，在片選信號(hào)有效的前提下，在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)完成命令信號(hào)的采樣、解析以及獲取地址信息的操作，很多命令不得不通過兩個(gè)時(shí)鐘周期才能完成，即在第一個(gè)上升沿來臨之時(shí)，先采樣CA信號(hào)來解析命令，再在第二個(gè)上升沿來臨之時(shí)，采樣另一個(gè)CA信號(hào)來解析地址。這意味著采樣頻率至少倍增，于是對(duì)DDR5模組廠商而言，如何提升CA、CS類信號(hào)的信噪比變得尤為重要，據(jù)悉江波龍的ES1系列DDR5產(chǎn)品采用的是ODT的方式來減少信號(hào)脈沖的反射干擾效應(yīng)。說到ODT，早在DDR2時(shí)代工程師們就開始在每條信號(hào)傳輸路徑的末端加上一顆終結(jié)電阻，來吸收高頻電路中反射回來的電子，因此算不上什么新鮮玩意兒，只是將原來用于處理DQ/DQS/DM信號(hào)的方式沿用至CA、CS類信號(hào)罷了。
一切的改變皆源于面臨的問題，同樣是速率提升帶來的問題，當(dāng)數(shù)據(jù)速率超過3.2Gbps后，碼間串?dāng)_ISI就會(huì)加劇，信噪比的降低可能會(huì)導(dǎo)致DRAM焊球處的眼圖完全閉合，而DDR5的最高數(shù)據(jù)速率可達(dá)8.4Gbps，因此必須解決嚴(yán)重的碼間串?dāng)_問題，目前改善眼圖的最佳方法是在DQ接收器中加入判決反饋均衡器DFE。
至于容量方面，和DDR4一樣，DDR5在內(nèi)部設(shè)計(jì)了Bank（數(shù)據(jù)塊）和Bank Group（數(shù)據(jù)組）。但DDR5在數(shù)據(jù)塊和數(shù)據(jù)組的配置上更為寬裕，對(duì)比DDR4中限制最高4個(gè)數(shù)據(jù)組，普通采用2組配置的情況，DDR5 Bank Group的數(shù)量可以選擇2組、4組到最高8組的設(shè)計(jì)，換句話說，在每個(gè)Group Bank的數(shù)量保持不變的條件下，DDR5 Bank Group的數(shù)量增加了一倍。
而DDR5 DIMM為了進(jìn)一步提升數(shù)據(jù)傳輸能力，將預(yù)取數(shù)據(jù)能力一下子上升至了16n（通過全新的I/O總線和Group Bank設(shè)計(jì)，解決了16n預(yù)取帶來的高延遲問題），信號(hào)承載量倍增，而江波龍的DDR5 DIMM新架構(gòu)則采用了兩個(gè)完全獨(dú)立的32位通道，并發(fā)性提高，內(nèi)存通道數(shù)也隨之增加了一倍。此外，SAME-BANK Refresh（同步刷新）命令的加入簡(jiǎn)直如虎添翼，它將允許刷新每個(gè)BG中的一個(gè)Bank，使所有其他Banks保持打開狀態(tài)以繼續(xù)正常操作?；氐?a class="article-link" target="_blank" href="/baike/1555864.html">應(yīng)用層面，這意味著訪問延遲的降低，系統(tǒng)整體效率的加倍提高，使用者可以同時(shí)打開更多的頁面。
大量的數(shù)據(jù)處理帶來的是大量的校驗(yàn)工作，為了緩解系統(tǒng)錯(cuò)誤校正負(fù)擔(dān)，江波龍等DDR模組廠商開始在優(yōu)化DDR5 DRAM內(nèi)核運(yùn)算能力的基礎(chǔ)上，增加內(nèi)置糾錯(cuò)碼（ECC）來增強(qiáng)數(shù)據(jù)糾錯(cuò)能力，進(jìn)一步提高數(shù)據(jù)完整性。
值得一提的是，電源管理方面，DDR5中增加了本地的PMIC進(jìn)行電壓調(diào)節(jié)，由于將電源管理的功能從主板轉(zhuǎn)到更靠近內(nèi)存芯片的模塊上，這種電源架構(gòu)的革新可降低主板的復(fù)雜性、提升電源轉(zhuǎn)換的效率、增加更多電源管理的功能。
綜上，是糾錯(cuò)模式、預(yù)取模式、端到端接收模式、均衡模式、電源管理模式、刷新模式、通道模式、陣列分層模式以及其他一系列的技術(shù)策略改進(jìn)，帶來了DDR5性能的重大突破。
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圖 | 江波龍DDR5模組技術(shù)特點(diǎn)舉例
DDR5何時(shí)普及？
市場(chǎng)高度關(guān)注DDR5得到的支持和落地時(shí)點(diǎn)。目前，平臺(tái)方面，AMD及Intel尚未官宣支持DDR5的CPU 。但I(xiàn)ntel預(yù)計(jì)在2021年發(fā)布的Sapphire Rapids服務(wù)器處理器將開始支持 DDR5內(nèi)存模組；消費(fèi)性市場(chǎng)方面，Intel 10nm Super Fin制程的Alder Lake-S桌面處理器和 Tiger Lake-U系列（優(yōu)化版）移動(dòng)處理器將會(huì)率先導(dǎo)入，時(shí)間點(diǎn)同樣落在2021年。此外，AMD的梵高 APU、AMD 的 “Rembrandt”系列（或6600U ）也有望支持DDR5。
市場(chǎng)方面，內(nèi)存廠商肯定會(huì)比平臺(tái)廠商先一步把DDR5內(nèi)存推向市場(chǎng)，根據(jù)SK Hynix的預(yù)測(cè)，對(duì)DDR5 內(nèi)存模組的需求增長(zhǎng)，到 2022 年將會(huì)有10% 的市場(chǎng)占有率，到2024年市場(chǎng)占有率將會(huì)提升至43%。
在實(shí)際應(yīng)用方面，目前DDR4仍占據(jù)主流市場(chǎng)，考慮到DDR5的配套系統(tǒng)升級(jí)器件的選型、串行鏈路濾波技術(shù)的升級(jí)、系統(tǒng)原型的構(gòu)建與仿真、系統(tǒng)成本的壓力等，除了發(fā)燒級(jí)玩家，觀望或成主流。
不過DDR4內(nèi)存于2011年公布，服役多年，根據(jù)還在遵循摩爾定律的內(nèi)存行業(yè)來講，是時(shí)候迎來更新升級(jí)。參考DDR4的市場(chǎng)普及規(guī)律，2012年9月JEDEC DDR4(JESD79-4)公布，2014年Hasewll-E處理器及X99主板問世，DDR4內(nèi)存便開始進(jìn)入桌面市場(chǎng)（X99平臺(tái)是面向發(fā)燒級(jí)玩家的），2015年Intel推出Skylake，起跳頻率為2133MHz的DDR4正式全面普及。結(jié)合DDR5標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布時(shí)間點(diǎn)（對(duì)比JEDEC的原定計(jì)劃有些落后）以及平臺(tái)的推出計(jì)劃，預(yù)計(jì)2021將進(jìn)入內(nèi)存交替元年，2022年將進(jìn)入DDR5的強(qiáng)盛時(shí)期。
而今年正是內(nèi)存模組廠商加快布局的好機(jī)會(huì)，江波龍作為主流的國產(chǎn)內(nèi)存廠商，在這個(gè)時(shí)候推出面向價(jià)格不那么敏感的服務(wù)器、云計(jì)算、數(shù)據(jù)中心、高性能計(jì)算機(jī)等應(yīng)用領(lǐng)域的FORESEE DDR5內(nèi)存模組產(chǎn)品，以及面向電競(jìng)玩家、設(shè)計(jì)師、剪輯師等剛需職業(yè)的Lexar雷克沙DDR5內(nèi)存模組產(chǎn)品，或可抓住時(shí)間窗口，勝在開局。
