DDR5发展的核心驱动力

前言

在各种技术趋势的推动下，全球数据流量正在以几乎指数级的速度增长。例如，5G网络正在使数十亿由人工智能驱动的物联网设备摆脱有线网络的束缚，而人工智能/ML对巨大数据集的贪婪欲望正以每年10倍的速度飞速增长。用于娱乐和商业应用的数据密集型视频流继续加速，随着游戏和电子竞技的普及，全球有近10亿玩家，对4K图形的需求不断增加。此外，不断发展的ADAS系统为复杂的自动驾驶车辆提供动力，增加了另一股数据洪流。

数据中心是最为直接“感受”到这些变化的地方，事实上，超大规模数据中心已经成为全球数据网络的关键枢纽。应对高性能服务器、超大规模数据中心对高效内存性能日益增长的需求，2020年7月JEDEC正式发布了DDR5标准。DDR5支持更高容量的DRAM器件，使服务器和系统设计者能够在单片封装中使用密度高达64Gb的DRAM。与其前身DDR4相比，DDR5有许多显著改进，有助于应对更高速度、更低电压的信号完整性设计挑战。

DDR5发展的核心驱动力

目前，业界普遍对DDR5的前景持乐观态度。市场调研机构Omdia分析指出，对DDR5的市场需求将从2020年开始逐步显现，到2022年，DDR5将占据整个DRAM市场份额的10%，2024年则将进一步扩大至43%。

Rambus 内存互连芯片业务部门产品营销副总裁 John Eble表示，两大需求在驱动DDR5的演进——容量和带宽，随着CPU的核心数量持续增加，内存容量和带宽必须成比例地扩展，这是推动内存子系统设计的最大趋势。

他同时指出了另外四个驱动因素，主要包括：处理器希望以高速缓存行为单位接收数据，所以内存通道上的内存请求的访问粒度必须保持在64字节；数据和数据接口的可靠性必须与现有产品相同或更好，这意味着必须支持单错误校正和双错误检测（single error correction/double error detection），并有能力在任一DRAM损坏时保存数据；扩展服务器性能的关键挑战是将热量从机箱中排出，并且控制温度的能力，为此DIMM通常需要保持在约15瓦的功率运行；最后，必须控制启动和内存训练的时间，以免影响预期的启动时间。

在John Eble看来，数据中心、PC与平板电脑、边缘计算，被视作DDR5最有希望得到广泛普及的三大领域。并且，不同于前几代产品的迭代都是优先应用于PC，业界普遍认为DDR5将紧随DDR4的步伐，率先导入数据中心领域，来应对计算密集型的工作负载。

Rambus扩大DDR5内存接口芯片组合

尽管DDR5有了显著改进，但更高的速度、更低的电压带来了一系列新的信号完整性设计挑战，这也就对新一代内存接口芯片提出了新的需求。

Rambus作为业界领先的芯片和半导体IP供应商，日前宣布扩大其DDR5内存接口芯片组合，推出串行检测集线器（SPD Hub）和温度传感器，为Rambus 寄存器时钟驱动器(RCD)提供补充。SPD Hub和温度传感器改进了DDR5 双列直插式内存模块(DIMM)的系统管理和热控制，在服务器、台式机和笔记本电脑所需的功率范围内能够提供更高性能。

John Eble强调， Rambus一直专注于接口芯片的信号完整性，比如有注册时钟驱动器（RCD）和数据缓冲器。而最新推出的DDR5系列产品组合的两款新芯片，是Rambus更广泛战略的一部分，将为Rambus成为DDR5模块信号完整性和配套芯片最主要的供应商提供助力。

其中，SPD Hub是通往DIMM模块的通信网关，有三大功能：首先，它包含非易失性配置信息，定义了DIMM的关键参数，并允许通过I3C系统管理总线进行系统层面的控制；其次，它还包括一个I3C总线双向读数驱动器；最后，还集成了高精度温度传感器。而温度传感器则负责在DIMM的不同位置提供高精度的温度信息。

“以上两款芯片都是对DDR5 RCD的补充，以提供最先进的带宽和容量。这些芯片对于增强系统管理和热控制至关重要，可以帮助实现高带宽和高容量，同时优化总体拥有成本”，John Eble指出，“SPD Hub和温度传感器都是内存模块上的关键组件，可以感知并报告用于系统配置和热管理的重要数据。SPD Hub可用于服务器和客户端模块，包括RDIMM、UDIMM和SODIMM，温度传感器则专为服务器RDIMM设计。”

Rambus 串行检测集线器和温度传感器

作为Rambus服务器和客户端DDR5内存接口芯片组的一部分，SPD Hub和温度传感器与RCD相结合，能够为DDR5计算系统提供高性能、大容量的内存解决方案。具体产品特性和优势如下：

SPD Hub（SPD5118）的主要特性包括：支持I2C和I3C总线串行接口；先进的可靠性功能；扩展的NVM空间，满足客户特定应用的需求；为最快的I3C总线速率提供低延迟；集成式温度传感器；符合或超过所有JEDEC DDR5 SPD Hub运行要求（JESD300-5A）。

温度传感器（TS5110）的主要特征包括：精密的热感应；支持I2C和I3C总线串行接口；为最快的I3C总线速率提供低延迟；符合或超过所有JEDEC DDR5温度传感器的运行要求（JESD302-1.01）。

当前服务器背景下，DDR5芯片的变化

当前，一种非常典型的服务器是两插槽设计，每个插口都有一组DIMM和PCIe插槽，可以填充SSD、网卡、加速器等。另外有一个底板管理控制器，可以通过各种接口与主板的所有组件进行通信。最后，还有一系列的风扇来管理散热和温度。基于这一背景，DDR5功能可以加强电源传输系统的管理和遥测，从而改善整体服务设计和性能。

首先，系统管理总线在初始化时被大量使用，以发现接入的DIMM，并执行早期的内存通道校准。在这方面，过去使用的I2C运行频率约为1MHz，而DDR5平台采用I3C总线，运行频率可达10MHz。

DDR5 DIMM架构为了支持这种更高的速率，通过引入I3C SPD Hub，将总线隔离到控制器一侧的单个DIMM，与主机进行通信。在目标端点，它可以与模块上其他具有I3C接口的芯片进行通信，包括RCD、PMIC和独立的热传感器。除了减少初始化时间，总线速度的提高也将支持更高的轮询率和实时控制。该集线器还包括串行存在检测集线器，存储了DIMM的非易失性配置信息，并具备热传感器。

再来看独立温度传感器芯片，它们通过I3C接口连接到I3C集线器。这为每个DIMM提供了三个空间数据点，提供了关于服务器中温度情况的大量信息。服务器/CPU能够使用该功能管理风扇速度/噪声以及DRAM刷新率来提高性能或保留时间，并且可以作为限制带宽的“最后一招”，可以选择节流带宽，以减少热量。

最后，Rambus经过扩展的DDR5解决方案组合能够提供高达5600MT/s的数据传输速率，并且包括串行检测集线器和温度传感器。

DDR5应用前景如何？

哪些场景会看到DDR5应用？John Eble表示，由于其高性能和高带宽的特点，适用于许多需要迫切升级内存带宽的应用，特别是服务器市场，将会是DDR5的早期采用者。可以预期几乎所有的服务器都会逐渐采用DDR5，接下来的三个月到半年时间，将会看到更多支持DDR5的服务器处理器将会上市。

与此同时，DDR 5内存也将被广泛应用于PC市场的消费级台式机和笔记本电脑。他补充，不过可能因为PC市场的更新迭代不像服务器那么剧烈，并且，新的处理器不仅支持新的内存类型，而且还升级了I/O，添加新的安全和虚拟化功能，往往更复杂，因此导入速度可能也更慢。

据John Eble透露，目前在消费端，DDR5已经被用于一些高端游戏PC，未来将逐步推广到几乎所有PC设备。英特尔的Alder Lake已经开始发售，AMD也宣称其DDR5解决方案的处理器约在今年秋季上市，这有望推动更多的客户需求。根据IDC数据，预计2023年中期或后期，DDR5的出货量将会超过DDR4。

谈及在中国市场的应用前景和发展规划，Rambus大中华区总经理苏雷表示，中国市场分布着众多世界知名的厂商，有服务器OEM、ODM厂商，还活跃着众多的内存模组厂商，中国内存生态系统在全球市场扮演着非常重要的一环。Rambus非常重视中国市场，与本地的云厂商、OEM、ODM、内存厂商，都有着密切合作。

他强调，在DDR5的时代，Rambus看到了不断增长的市场机遇。作为行业领先的Rambus DDR5 RCD接口芯片的补充，最新推出的两款芯片产品，使得Rambus不但可以在服务器内存模块市场拓展了产品组合，也为Rambus在消费级内存模块市场开辟了新的机遇。Rambus去年发布了“CXL内存互连计划”，希望引领数据中心架构进入一个新的时代。未来，Rambus会在中国市场同步推出一系列面向数据中心的产品和解决方案，致力于与本土合作伙伴实现合作发展共赢。

审核编辑 ：李倩