DDR5是什么?

文摘   2024-12-24 09:22   浙江  

DDR5是新一代计算机内存规格,DDR5全称是“Double Data Rate 5 Synchronous Dynamic Random - Access Memory”,即第五代双倍数据速率同步动态随机存取存储器。

1. “Double Data Rate”(双倍数据速率)

• 这是DDR系列内存的关键特性。DDR内存能够在时钟周期的上升沿和下降沿都进行数据传输,相比传统的SDRAM(同步动态随机存取存储器)只能在时钟周期的上升沿传输数据,DDR内存的数据传输速率理论上是同频率SDRAM的两倍。

DDR5延续了这一高效的数据传输方式,并且在频率等方面有了进一步提升。

2. “5”(第五代)

• 表示它在DDR系列内存中的代数。DDR5是在DDR4的基础上发展而来的,相比DDR4有许多技术改进和性能提升。

如更高的频率、更大的带宽、更低的功耗以及更高的存储密度等诸多优势,使其能够更好地适应现代计算机系统对内存性能的高要求。

3. “Synchronous Dynamic Random - Access Memory”(同步动态随机存取存储器)

• “同步”意味着内存的工作与系统时钟同步。内存控制器通过时钟信号来协调内存芯片的读写操作,这样可以保证数据传输的准确性和高效性。

• “动态”是指内存的存储单元是基于电容存储电荷来保存数据的。由于电容会漏电,所以需要定期对存储单元进行刷新,以维持数据的存储状态。

• “随机存取”表示可以在任意时间访问内存中的任何存储单元,而不需要按照特定的顺序进行访问,这为计算机系统灵活地读取和写入数据提供了便利。:

制造工艺

• 光刻技术:如SK海力士2024年开发的第六代10纳米级(1c)工艺的16Gb DDR5 DRAM,光刻精度不断提高,能在更小的芯片面积上集成更多的晶体管和存储单元,提升内存容量与性能.

• 蚀刻工艺:精确控制蚀刻的深度和宽度,形成更精细的电路图案,实现存储单元和控制逻辑电路等不同结构的制造,保证内存芯片内部结构的准确性和稳定性。

• 掺杂工艺:通过精确控制杂质的注入剂量和位置,调整半导体材料的电学性能,形成P型和N型半导体区域,制造出具有特定性能的晶体管等器件,确保内存芯片的正常工作和性能表现。

• 多层布线工艺:利用绝缘层和金属导线的交替堆叠,实现内存芯片内部不同层次之间的电气连接,增加布线密度,减少信号传输延迟,提高内存的工作频率和数据传输速度。

优点

• 高性能:起始频率4800Mbps,高端产品可达8400Mbps以上,数据传输速度快,能满足人工智能、大数据分析等高算力需求.

• 大容量:单条内存模组最大容量可达512GB,单颗内存Die最大容量从DDR4的16Gb提升到64Gb,可应对海量数据存储与处理.

• 低功耗:工作电压从DDR4的1.2V降至1.1V,降低约20%的功耗,节能效果显著,利于笔记本等设备续航.

• 高可靠性:引入On-die ECC纠错机制,可检测并纠正单比特错误,降低数据出错风险,提高数据准确性和系统稳定性.

• 高数据传输效率:双32位寻址通道设计,将64位数据带宽分为两路32位可寻址通道,提高内存控制器数据访问效率,减少延迟.

发展历史

• 2017年6月,JEDEC宣称下一代内存标准DDR5将亮相,并预计2018年完成最终标准制定.

• 2017年9月22日,Rambus宣布在实验室中实现完整功能的DDR5 DIMM芯片,预期2019年量产.

• 2018年10月,Cadence和美光公布DDR5内存研发进度,计划2019年年底量产.

• 2020年8月中旬,JEDEC协会正式公布DDR5标准,起步4800Mbps,未来可达6400Mbps.

• 2020年10月,SK海力士正式发布全球第一款DDR5内存.

• 2021年,嘉合劲威率先布局DDR5内存模组,阿斯加特发布首款DDR5,嘉合劲威首批DDR5内存条量产下线.

• 2022年10月,HKEPC拿到十铨DDR5-7800内存条,是当时已发布的最高DDR5内存频率.

• 2023年5月18日,三星电子宣布其12纳米级工艺技术的16Gb DDR5 DRAM开始量产.

• 2023年11月28日,长鑫存储推出国内首款自主研发生产的LPDDR5 DRAM存储芯片.

• 2024年8月29日,SK海力士宣布成功开发出采用第六代10纳米级(1c)工艺的16Gb DDR5 DRAM.

制造厂商

• 国际厂商:三星、SK海力士、美光等存储巨头率先推出多款DDR5产品,并针对不同应用场景优化.

• 国内厂商:长鑫存储2023年推出LPDDR5 DRAM存储芯片,并量产DDR5芯片,打破海外垄断;此外,福建晋华也在内存芯片制造领域有所发展.


DDR5内存的工作原理:

数据传输

基于双倍数据速率技术,在每个时钟周期的上升沿和下降沿各传输一次数据,使数据传输速率大幅提升。其起始速度为4800MT/s,远高于DDR4的最高速度3200MT/s,未来有望达到更高.

数据预取

支持16n预取,相比DDR4的8n预取,能在每个时钟周期内预取更多数据并传输至内存控制器,提高内存效率和性能.

存储单元读写

存储单元由晶体管和电容器组成,晶体管用于访问和读写,电容器用于存储数据。写入数据时,字线施加电压使晶体管打开,位线传入电压改变电容器电压完成写入;读出数据时,字线激活使电容器与位线连接,感测放大器检测位线电压变化并放大,将数据发送至CPU.

通道架构

采用双32位寻址通道设计,将64位数据带宽分为两路32位可寻址通道,提高内存控制器数据访问效率,减少延迟,提升系统性能.

功耗管理

工作电压从DDR4的1.2V降低到1.1V,并引入更精细的电源管理机制,如片上电压调节器等,降低系统功耗的同时提高能效,增强信号完整性和稳定性.

错误检测与纠正

虽ECC不是强制要求,但增强了此功能,可检测并纠正单比特错误,提高数据完整性和系统可靠性,降低数据出错风险,适用于对数据准确性要求高的场景.


参考资料:

1.https://m.elecfans.com/article/6361116.html?webview_progress_bar=1&show_loading=0

2.https://blog.csdn.net/flomingo1/article/details/138501997?webview_progress_bar=1&show_loading=0

3.https://m.baike.com/wiki/DDR5/7105183?baike_source=doubao&show_loading=0&webview_progress_bar=1

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