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DDR5的基本功能设计师必须知道

为了支持更好的性能,DDR5提供了新的可靠性、可用性和可服务性特性,以提高速度实现通道健壮性。

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JEDEC定义并开发了三个DDR标准——标准DDR、移动DDR和图形DDR——以帮助设计人员满足其内存需求。与DDR4相比,DDR5将在更低的I/O电压(1.1V)和更高的密度(基于16Gb DRAM芯片)下支持更高的数据速率(高达6400 Mb/s)。DDR5 dram和双列内存条(dimm)预计将于2020年上市。本文概述了DDR5 dram的几个主要功能,设计人员可以将它们部署在用于服务器、云计算、网络、笔记本电脑、台式机和消费类应用程序的片上系统(soc)中。

标准DDR-Overview

标准DDR dram提供高密度和高性能,有多种类型和形状,支持4 (x4)、8 (x8)或16 (x16)位的数据宽度。应用程序可以使用这些内存作为离散的dram或dimm。内存是带有多个DRAM芯片的印刷电路板(PCB)模块,支持64位数据宽度或72位数据宽度。72位内存除64位数据外,还支持8位ECC (error-correcting code),故称为ECC (error-correcting code)内存。

服务器、云和数据中心应用程序通常使用基于x4 dram的x72 ECC内存,允许更高密度的内存并支持更高的RAS(可靠性、可用性、可服务性)特性,以最大限度地减少内存相关故障期间此类应用程序的停机时间。基于其他x8和x16 dram的内存价格较低,通常用于台式机和笔记本电脑。此外,应用程序可以使用这些内存作为离散的dram。因此,信道宽度的灵活性是标准DDR相对于其他DDR类别的最大优势。

DDR5的主要特性

16次的突发长度,更好的刷新/预充电方案,允许更高的性能,双通道DIMM架构,目标是更好的通道利用率,DDR5 DIMM上的集成电压调节器,增加的银行组以获得更高的性能,以及命令/地址模上终止(ODT)只是众多新的DDR5高性能功能中的一些。表1比较了DDR5和DDR4 DRAM/ dimm之间的高级特性。


表1: DDR5和DDR4 DRAM/ dimm

除了性能,DDR5还引入了几个RAS特性,以确保在提高速度时的信道健壮性。这些特性包括占空比调节器(DCA)、模上ECC、DRAM接收I/O均衡、RD和WR数据的循环冗余校验(CRC)以及内部DQS延迟监控,从而提高DDR5信道的鲁棒性。下面一节将介绍这些特性。

占空比调节器(DCA)用于补偿占空比失真
占空比调节器允许主机通过调整DRAM内部的占空比来补偿所有DQS(数据频闪器)/DQ(数据)引脚上的占空比失真。因此,DCA特性增强了读取数据的健壮性。

用于增强RAS的模上ECC
对于每128位数据,DDR5 dram将为ECC提供8位存储空间。因此,on-die ECC成为一个强大的RAS特性,以保护内存阵列免受单比特错误。

DRAM接收DQ均衡以获得更好的利润率
像LPDDR5 dram一样,DDR5 dram也将支持WR数据的均衡。该特性在DRAM端打开WR DQ眼,保护通道免受符号间干扰(ISI),提高裕度,并实现更高的数据速率。

对RD/WR数据进行CRC (Cyclic Redundancy Check)校验
DDR4仅支持WR数据的CRC,而DDR5将CRC扩展到RD数据,允许对通道上发生的错误进行额外保护。

内部DQS延迟监控
内部DQS延迟监控机制允许主机调整DRAM延迟以补偿电压和温度的变化。在DDR5速度下,主机可以使用这个特性周期性地重新训练信道,补偿DRAM中VT的延迟变化。

总结

当涉及到为其设计选择最佳的片外存储器技术以满足其目标应用程序的要求时,设计人员有许多选择。DDR已经成为事实上的技术,在许多代中都可用,从DDR的400 Mbps到DDR5的6400 Mbps,每一代的数据速率都翻一番。DDR5预计将提供更高的密度,包括双通道DIMM拓扑,以提高通道效率和性能,增加核心数量。这些优势对于针对服务器、云计算、网络、笔记本电脑、台式机和消费者应用程序的soc最为显著。

无论DDR DRAM技术设计人员选择什么,他们还必须在SoC中部署兼容的接口IP解决方案,以允许所需的DRAM连接。Synopsys提供了经过硅验证的DDR内存接口IP组合,支持DDR5/4/3/2、LPDDR5/4/4X/3/2和HBM/HBM2E dram或dimm。的DesignWare DDR IP完整的解决方案包括控制器、主流和先进FinFET工艺集成的硬宏PHY和验证IP。除了使设计人员能够通过我们的强化专业知识满足独特的高性能应用需求外,Synopsys还提供信号完整性/电源完整性分析、验证模型、原型和仿真支持。

要了解LPDDR5,请阅读设计师应该了解LPDDR5的主要功能



2的评论

瑞克 说:

DDR5真的会像你的表格所建议的那样有32Gb和64Gb的离散Die吗?这是用于计算(PC/服务器)还是仅用于移动和图形空间

Tanj 说:

规格允许有那种容量的模具。目前芯片密度变化缓慢,所以可能还需要几年时间。DRAM厂商喜欢将芯片保持在小尺寸的最佳位置,每片晶圆产量约为1,000个芯片,他们不会通过制造更大的芯片来增加每个芯片的容量。但是DDR5还会存在很多年,我们很可能至少会看到32Gb的芯片。

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