內(nèi)存技術(shù)也經(jīng)歷著不斷更新迭代，如今，雙倍數(shù)據(jù)速率（DDR）同步動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（SDRAM 或直接稱(chēng)為 DRAM）技術(shù)，已成為幾乎所有從高性能企業(yè)數(shù)據(jù)中心到注重功耗/面積的移動(dòng)應(yīng)用中的普遍的存儲(chǔ)器。這一切都要?dú)w功于DDR 的高密度特性，其采用了電容器作為存儲(chǔ)元件的簡(jiǎn)單架構(gòu)具有高性能、低延遲、高訪問(wèn)壽命以及低功耗等特點(diǎn)。

內(nèi)存接口芯片是內(nèi)存模組（又稱(chēng)內(nèi)存條）的核心器件。作為服務(wù)器CPU 存取內(nèi)存數(shù)據(jù)的必由通路，其主要作用是提升內(nèi)存數(shù)據(jù)訪問(wèn)的速度及穩(wěn)定性，滿足服務(wù)器CPU 對(duì)內(nèi)存模組日益增長(zhǎng)的高性能及大容量需求。內(nèi)存接口芯片應(yīng)用于服務(wù)器內(nèi)存條，在按技術(shù)進(jìn)行的產(chǎn)品分類(lèi)上遵循內(nèi)存接口芯片技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，主要為 JEDEC（全球微電子產(chǎn)業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)標(biāo)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)）之DDR 標(biāo)準(zhǔn)，例如DDR2，DDR3，DDR4，DDR5 等。

JEDEC（固態(tài)技術(shù)協(xié)會(huì)）定義中開(kāi)發(fā)了三種 DDR 標(biāo)準(zhǔn)：標(biāo)準(zhǔn)DDR、移動(dòng) DDR 和圖形 DDR，來(lái)幫助設(shè)計(jì)人員滿足對(duì)內(nèi)存的要求。JEDEC 目前在 DDR 類(lèi)別中的最新一代是DDR5。隨著JEDEC技術(shù)協(xié)會(huì)發(fā)布存儲(chǔ)器標(biāo)準(zhǔn)DDR5 SDRAM的最終規(guī)范，這將標(biāo)志著計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器開(kāi)發(fā)的一個(gè)重要里程碑。自90年代末以來(lái)，DDR的最新版本一直在驅(qū)動(dòng)PC，服務(wù)器以及所有產(chǎn)品之間的發(fā)展，DDR5再次擴(kuò)展了DDR內(nèi)存的功能，使峰值內(nèi)存速度提高了一倍，同時(shí)也大大增加了內(nèi)存大小。

DDR5 將以較之 DDR4 更低的 I/O 電壓 (1.1V) 和更高的密度（基于 16Gb DRAM 晶粒）支持更高的數(shù)據(jù)速率（高達(dá) 6400 Mb/s）。DDR5 DRAM 和雙列直插式存儲(chǔ)模塊 (DIMM) 有望于今年投放市場(chǎng)。

本文概述了 DDR5 DRAM 的幾個(gè)主要功能，設(shè)計(jì)人員可以將其部署在服務(wù)器、云計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)、筆記本電腦、臺(tái)式機(jī)和消費(fèi)類(lèi)應(yīng)用等類(lèi)型的片上系統(tǒng) (SoC) 中。

什么是標(biāo)準(zhǔn) DDR？

具備高密度和高性能的標(biāo)準(zhǔn) DDR DRAM 有各種型號(hào)和外形尺寸，支持 4 (x4) 或 8 (x8) 或 16 (x16) 位的數(shù)據(jù)寬度。終端應(yīng)用可以將這些存儲(chǔ)器用作分立式 DRAM 或 DIMM。

DIMM 是一款帶有多個(gè) DRAM 芯片的印刷電路板 (PCB) 模塊，支持 64 或 72 位數(shù)據(jù)寬度。72 位 DIMM 稱(chēng)為糾錯(cuò)碼 (ECC) DIMM，除支持 64 位數(shù)據(jù)外，還支持 8 位 ECC。

服務(wù)器、云和數(shù)據(jù)中心應(yīng)用通常使用基于 4 個(gè) DRAM 的 72 個(gè) ECC DIMM，在獲得更高密度的 DIMM 的同時(shí)還可支持更高的 RAS（可靠性、可用性、可維護(hù)性）功能。除此之外，這樣的ECC DIMM還能縮短此類(lèi)應(yīng)用在存儲(chǔ)器發(fā)生故障時(shí)的停機(jī)時(shí)間。

對(duì)比其他 8 bit 和 16 bit DRAM 的 DIMM 來(lái)說(shuō)，這種方案價(jià)格較為便宜，所以此類(lèi)產(chǎn)品被廣泛用于臺(tái)式機(jī)和筆記本電腦中。與此同時(shí)，還可以將這些存儲(chǔ)器當(dāng)作分立式 DRAM 來(lái)使用。因此，與其他 DDR 類(lèi)別方案相比時(shí)，標(biāo)準(zhǔn) DDR 通道寬度的靈活性就是其最大的優(yōu)勢(shì)。

DDR5 究竟有什么魅力？

與 DDR4 相比，DDR5 新增特征包括：突發(fā)長(zhǎng)度增加到16拍，其出色的刷新/預(yù)充電方案可實(shí)現(xiàn)更高的性能，可提高通道利用率的雙通道 DIMM 架構(gòu)，可在DDR5 DIMM 上集成穩(wěn)壓器，可增加的存儲(chǔ)區(qū)分組，以及可命令/地址片內(nèi)端接電阻 (ODT）等多種優(yōu)勢(shì)。表1將 DDR5 和 DDR4 DRAM/DIMM 的功能進(jìn)行了對(duì)比。

表1：DDR5 對(duì)比 DDR4 DRAM/DIMM

除性能更強(qiáng)之外，DDR5 還引入多種 RAS 功能，以保持通道提速后的穩(wěn)定性。這些 DDR5 通道穩(wěn)定性的功能包括：占空比調(diào)節(jié)器 (DCA)、片上 ECC、DRAM 接收 I/O 均衡、RD 和 WR 數(shù)據(jù)的循環(huán)冗余校驗(yàn) (CRC) 以及內(nèi)部 DQS 延遲監(jiān)控。以下是對(duì)這些功能的詳細(xì)說(shuō)明：

1. 用于補(bǔ)償占空比失真的占空比調(diào)節(jié)器 (DCA)

占空比調(diào)節(jié)器支持主機(jī)通過(guò)調(diào)節(jié) DRAM 內(nèi)部的占空比來(lái)補(bǔ)償所有 DQS（數(shù)據(jù)選通）/DQ（數(shù)據(jù)）引腳上的占空比失真。因此，DCA 功能鞏固了讀取數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性。

2. 強(qiáng)化 RAS 的片上 ECC

DDR5 DRAM 為每 128 位數(shù)據(jù)設(shè)置 8 位的 ECC 存儲(chǔ)空間，使得片上 ECC 具有強(qiáng)大的 RAS 功能，可以保護(hù)存儲(chǔ)器陣列免受單個(gè)數(shù)位錯(cuò)誤的影響。

3. DRAM 獲得 DQ 均衡以增加裕量

DDR5 DRAM 和 LPDDR5 DRAM 一樣，也支持 WR 數(shù)據(jù)均衡。該功能在 DRAM 端為 WR DQ 打開(kāi)了新的局面，不僅可以保護(hù)通道免受符號(hào)間干擾 (ISI) 的影響，增加裕量，還可實(shí)現(xiàn)更高的數(shù)據(jù)速率。

4. RD/WR 數(shù)據(jù)的循環(huán)冗余校驗(yàn) (CRC)

DDR4 僅支持寫(xiě)數(shù)據(jù)使用的 CRC，而 DDR5 將 CRC 的適用范圍擴(kuò)展到讀數(shù)據(jù)，從而提供額外保護(hù)，避免通道出錯(cuò)。

5. 內(nèi)部 DQS 延遲監(jiān)控

內(nèi)部 DQS 延遲監(jiān)控機(jī)制支持主機(jī)調(diào)整 DRAM 延遲來(lái)補(bǔ)償電壓和溫度變化。以 DDR5 速度運(yùn)行的主機(jī)可以使用此功能定期重新訓(xùn)練通道，補(bǔ)償 DRAM 中延遲引起的 VT 變化。

6. DDR5帶來(lái)的挑戰(zhàn)

從DDR的發(fā)展圖中可以看到，DDR的傳輸速率在成倍提升，而其迭代速度也在不斷加快。

DDR5的速率最高超過(guò)8.4GT/s，達(dá)到了前代DDR4最高速率的兩倍。更高的速率，帶來(lái)出色性能的同時(shí)，不可避免的提升了設(shè)計(jì)的困難。

• DDR信號(hào)較多，走線較為密集，隨著信號(hào)速率的增加，傳輸線之間的串?dāng)_也會(huì)隨之增加。

• 除了串?dāng)_外，抖動(dòng)也是不能被忽視的問(wèn)題。

• 由于傳輸線的頻率選擇特性，頻率越高，傳輸線的插入損耗也會(huì)隨之增加，信號(hào)的衰減和碼間干擾的現(xiàn)象也會(huì)更加嚴(yán)重。

總結(jié)

為滿足目標(biāo)應(yīng)用的要求，設(shè)計(jì)人員在為自己的設(shè)計(jì)選擇最佳片外存儲(chǔ)器技術(shù)時(shí)DDR 已成為了必選技術(shù)方案之一。從最早的400 Mbps 的 DDR 發(fā)展到了當(dāng)今的 6400 Mbps 的 DDR5，每一代 DDR 的數(shù)據(jù)速率都翻倍增長(zhǎng)。

隨著內(nèi)核數(shù)量的增加，DDR5 提供了更高的密度（包括雙通道 DIMM 拓?fù)洌?，從而保證通道效率和其性能，這些優(yōu)勢(shì)對(duì)于適合服務(wù)器、云計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)、筆記本電腦、臺(tái)式機(jī)和消費(fèi)類(lèi)等應(yīng)用的 SoC 最為重要。無(wú)論設(shè)計(jì)人員選擇哪種 DDR DRAM 技術(shù)，都必須在 SoC 中部署兼容的接口 IP 解決方案，以實(shí)現(xiàn)與 DRAM 之間的必要連接。