DDR5標(biāo)準(zhǔn)落地，國(guó)內(nèi)外廠商進(jìn)展匯總

千呼萬喚始出來，JEDEC 固態(tài)技術(shù)協(xié)會(huì)終于正式公布了 DDR5 SDRAM 標(biāo)準(zhǔn)（JESD79-5），標(biāo)準(zhǔn)中指出，DDR5 內(nèi)存的引腳帶寬（頻率）是 DDR4 的兩倍，首發(fā)將以 4.8Gbps(標(biāo)準(zhǔn)頻率 4800MHz)起跳，比末代 DDR4 的速率 3.2Gbps（標(biāo)準(zhǔn)頻率 3200MHz）增加了 50%之多，總傳輸帶寬提升了 38%，當(dāng)前版本標(biāo)準(zhǔn)允許的最高速率可達(dá) 6.4Gbps（標(biāo)準(zhǔn)頻率 6400MHz），是 DDR4 官方峰值的兩倍，未來或可擴(kuò)展至 8400MHz 左右。

此外容量方面，單顆 DDR5 的容量從 16Gbit 提升至了 64Gbit，是 DDR4 的四倍，結(jié)合 die 堆疊，可以將多達(dá) 8 個(gè)管芯 die 為一個(gè)芯片，單個(gè)封裝的 LRDIMM 的容量最終將達(dá)到 2TB；功耗方面，DDR5 電壓從 DDR4 的 1.2V 降至 1.1V，電源效率有所提高，但提升幅度不如 DDR4 和早期標(biāo)準(zhǔn)。

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信息源：AnandTech

為何文章開頭要用“千呼萬喚始出來”？因?yàn)?JEDEC 固態(tài)技術(shù)協(xié)會(huì)早在 2017 年就開始和各大 SDRAM 廠商協(xié)作，著手起草 DDR5 SDRAM 標(biāo)準(zhǔn)，并于 2018 年公布了 DDR5 SDRAM 技術(shù)規(guī)范草案，在此之后就一直沒有確切的消息流出。電子圈關(guān)于“DDR5 為何遲遲不普及？”的猜測(cè)越來越多，而今天終于等到了正式“官宣”，只是想要一覽詳情，可能還要花上點(diǎn)錢。

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信息源：JEDEC

不過這并不影響我們對(duì) DDR5 的基礎(chǔ)認(rèn)知，首先來了解一下 DDR3/4/5 的發(fā)展過程。

從 DDR3~DDR5 的性能升級(jí)史

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信息源：JEDEC

• DDR3 時(shí)代

DDR3 SDRAM 標(biāo)準(zhǔn)（JESD79-3）是 JEDEC 固態(tài)技術(shù)協(xié)會(huì)于 2007 年發(fā)布的，隨著規(guī)范的推出，DDR3 開始走向舞臺(tái)。功耗方面，得益于生產(chǎn)工藝的精進(jìn)，DDR3 的工作電壓從 DDR2 的 1.8V 降到 1.5V；速度方面，DDR3 從 800MHz 起跳，最高可以達(dá)到 1600MHz，差不多是 DDR2 的兩倍（由于采用了內(nèi)外時(shí)鐘機(jī)制，DDR2 擁有 400/533/667MHz 等不同時(shí)鐘頻率）。

• DDR4 時(shí)代

時(shí)隔五年，JEDEC 固態(tài)技術(shù)協(xié)會(huì)在 2012 年 9 月正式發(fā)布了 DDR4 SDRAM 標(biāo)準(zhǔn)（JESD79-4），由于采用了雙向傳輸機(jī)制、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)設(shè)計(jì)和三維堆疊封裝技術(shù)，在功耗和速度方面都有了很大提升。DDR4 的工作電壓從 DDR3 時(shí)代的 1.5V 降到 1.2V，速度方面則從 2133MHz 起跳，最高速度可達(dá) 4266MHz，接近 DDR3 的三倍。

• DDR5 時(shí)代

2020 年 7 月，JEDEC 固態(tài)技術(shù)協(xié)會(huì)再次更新 SDRAM 標(biāo)準(zhǔn)至 DDR5（JESD79-5），該規(guī)范整體是在 DDR4 的基礎(chǔ)上起草的，因此大體框架類似，DDR5 DIMM 同為 288 針（引腳排列變更）。

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信息源：JEDEC

要說不同，除了那些我們可以直觀看到的表征參數(shù)不同外，DDR5 還采用了一些新技術(shù)，增加了不少新功能。

以解析方式為例，DDR4 及前代 DDR 產(chǎn)品中命令和地址信號(hào)管腳都是各自獨(dú)立的，工作時(shí)，當(dāng)片選信號(hào)有效，上升沿來臨時(shí)，DRAM 命令接收器將采樣所有命令信號(hào)并進(jìn)行解析，同時(shí)根據(jù)需要采樣地址信號(hào)來獲取地址信息，這意味著所有操作可以在一個(gè)時(shí)鐘周期完成。而 DDR5 卻首次采用了命令和地址信號(hào)合成一條 CA 總線和 2N 模式，將單個(gè)命令分兩個(gè)時(shí)鐘周期完成，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。表面上看是變復(fù)雜了，實(shí)際上是 DRAM 核心時(shí)鐘速率缺乏進(jìn)展，為了解決提高容量和速率后 VDD 管腳增多、電流返回路徑變長(zhǎng)的無奈之舉，這一點(diǎn)也可以從“一個(gè) DIMM，兩個(gè)通道”得到認(rèn)證。

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信息源：Micron

以信號(hào)處理為例，DDR5 還在 DQ 接收器中引入了決策反饋均衡（Decision Feedback Equalization：DFE），它是一種通過使用來自內(nèi)存總線接收器的反饋來提供更好的均衡效果來減少信號(hào)內(nèi)部干擾的方法。怎么理解？當(dāng)數(shù)據(jù)速率超過 3.2Gbps 后（DDR5 的最高數(shù)據(jù)速率可達(dá) 8.4Gbps），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，而目前解決該問題的最佳方法是在 DQ 接收器中加入 DFE。

以功耗為例，如前所述，相較于 DDR4 及前代產(chǎn)品，DDR5 進(jìn)步不算很大，但值得一提的是 DDR5 的電壓調(diào)節(jié)方式改變了，從主板移至各個(gè) DIMM，由 DIMM 響應(yīng)其自身的電壓調(diào)節(jié)訴求，這意味著主板將更加精簡(jiǎn)，DIMM 將因集成穩(wěn)壓器功能變得復(fù)雜。

此外，還有很多新技術(shù)特性沒有列出來，比如片內(nèi) ECC、寫模式命令、DQS 內(nèi)部振蕩器等。有興趣者可自行查詢 JEDEC 標(biāo)準(zhǔn)。

DDR5 來了，哪些主要廠商在跟進(jìn)？

聊完了技術(shù)，我們?cè)賮砹牧氖袌?chǎng)。DDR5 內(nèi)存發(fā)布后，AMD、英特爾、美光、三星、SK 海力士等廠商紛紛出面站臺(tái)。下面是站臺(tái)話術(shù)和相應(yīng)廠商的 DDR5 產(chǎn)品進(jìn)展情況：

• AMD

“高性能計(jì)算所需要的內(nèi)存必須能夠跟上當(dāng)今處理器不斷增長(zhǎng)的需求。隨著 DDR5 標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布，AMD 可以設(shè)計(jì)出更好的產(chǎn)品，以滿足我們客戶和最終用戶的潛在需求。” AMD 首席技術(shù)官喬·麥克里（Joe Macri）表示，“通過 JEDEC 制定的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，存儲(chǔ)器帶寬的提高節(jié)奏變得可預(yù)測(cè)，有助于下一代高性能系統(tǒng)和應(yīng)用的開發(fā)?！?/p>

DDR5 相關(guān)產(chǎn)品進(jìn)展：

AMD 尚未有成熟的平臺(tái)支持 DDR5 內(nèi)存，估計(jì)企業(yè)級(jí)先行，比如下半年基于 Zen 3 的 AMD 熱那亞（EPYC 3）等，此外據(jù)行業(yè)內(nèi)部人士稱，AMD 在 2022 年發(fā)布的 Zen4 架構(gòu)銳龍?zhí)幚砥鲗?huì)是其首個(gè)支持 DDR5 的桌面平臺(tái)。

• 英特爾

“隨著 JEDEC DDR5 標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布，我們正在進(jìn)入 DDR 性能和功能的新時(shí)代。DDR5 是整個(gè)行業(yè)付出巨大努力完成的，它標(biāo)志著存儲(chǔ)器功能的巨大飛躍，它提供了 50%的帶寬跳躍，以滿足 AI 和高性能計(jì)算的需求。”，英特爾數(shù)據(jù)平臺(tái)事業(yè)部副總裁 Carolyn Duran 如是說。

DDR5 相關(guān)產(chǎn)品進(jìn)展：

英特爾同樣尚未有成熟的平臺(tái)支持 DDR5 內(nèi)存，據(jù)說明年年底 Eagle Stream 平臺(tái)（LGA4677）的首發(fā)產(chǎn)品，Sapphire Rapids 架構(gòu)處理器將首發(fā)支持 DDR5 內(nèi)存。

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信息源：Micron

• 美光

“美光科技很榮幸能成為 JEDEC 組織的一員，該組織為遵循技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的跨行業(yè)合作提供了一個(gè)有效的論壇。DDR5 標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布是存儲(chǔ)器界的關(guān)鍵進(jìn)步，它將助力下一代數(shù)據(jù)上云、跨企業(yè)、跨網(wǎng)絡(luò)、高性能計(jì)算和人工智能應(yīng)用的推進(jìn)?！?JEDEC 董事會(huì)成員兼高級(jí)技術(shù)員 Frank Ross 表示。

DDR5 相關(guān)產(chǎn)品進(jìn)展：

美光已于今年 1 月出樣基于 1Znm 工藝的 DDR5 內(nèi)存，美光官方表示其性能至少提升了 85%，與 DDR5-6400 還有點(diǎn)距離。在業(yè)務(wù)層面，美光還發(fā)起了 TEP 技術(shù)支持計(jì)劃，以推動(dòng) DDR5 內(nèi)存的采用。

• 三星

“DDR5 框架是服務(wù)器、PC 和其他主要電子設(shè)備的內(nèi)存發(fā)展的關(guān)鍵轉(zhuǎn)折點(diǎn)。我們很高興看到 DDR5 行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的及時(shí)發(fā)布，并期望在符合市場(chǎng)需求的時(shí)間內(nèi)，將我們的 DDR5 標(biāo)準(zhǔn)化解決方案投入量產(chǎn)?！比莾?nèi)存產(chǎn)品規(guī)劃高級(jí)副總裁 Sangjoon Hwang 表示。

DDR5 相關(guān)產(chǎn)品進(jìn)展：

三星今年 3 月宣布將在 2021 年正式開始量產(chǎn) DDR5 內(nèi)存，并且使用 EUV 工藝，制作將會(huì)在韓國(guó)平澤的新工廠進(jìn)行。

• SK 海力士

“DDR5 將引領(lǐng)以數(shù)據(jù)為中心的時(shí)代的演進(jìn)，并將在第四次工業(yè)革命中扮演關(guān)鍵角色?！?SK 海力士 DRAM 產(chǎn)品計(jì)劃負(fù)責(zé)人 Uksong Kang 表示，“SK 海力士正通過開發(fā)業(yè)界首款符合 JEDEC 標(biāo)準(zhǔn)的 DDR5 產(chǎn)品來開拓市場(chǎng)新領(lǐng)域。 其實(shí)，自 2018 年以來，我們一直在與許多合作伙伴合作，通過開發(fā)測(cè)試芯片和模塊來驗(yàn)證 DDR5 生態(tài)系統(tǒng)，并盡力確保今年下半年實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)。”

DDR5 相關(guān)產(chǎn)品進(jìn)展：

SK 海力士今年 4 月宣布，DDR5 內(nèi)存定于今年內(nèi)量產(chǎn)，初期以 10nm 級(jí) 16Gb 容量為主（6 月已推出），支持 5.2Gbps 的數(shù)據(jù)傳輸速率，單條最大 32GB，后期會(huì)給出 8Gb、16Gb、24Gb、32Gb、64Gb 供選擇，單條最大容量可到 128GB。

• 其他廠商

全球前三大內(nèi)存廠商三星、SK 海力士及美光壟斷了全球近 95%的份額，南亞科技是第四大內(nèi)存廠商，不過全球份額只有 3%不到。南亞科技之前的內(nèi)存來自美光授權(quán)，今年 1 月南亞科技宣布將轉(zhuǎn)向自研的 10nm 級(jí)內(nèi)存，并建設(shè) 10nm DDR5 產(chǎn)線，下半年試產(chǎn)。

此外，中國(guó)大陸的瀾起科技也在積極布局研發(fā) DDR5，據(jù)悉目前已經(jīng)完成 DDR5 第一子代工程版芯片流片及功能驗(yàn)證，各項(xiàng)指標(biāo)和功能符合預(yù)期，預(yù)計(jì)將在未來兩年內(nèi)完成第一代 DDR5 芯片的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化。

寫在最后

市場(chǎng)方面，按照慣例，DDR SDRAM 在硬件完成后需要 12 到 18 個(gè)月才會(huì)出現(xiàn)在終端設(shè)備中，以 DDR4 為例，2012 年 9 月發(fā)布標(biāo)準(zhǔn)，直至 2014 年底， DDR4 內(nèi)存產(chǎn)品才開始紛紛上市。但有消息稱，DDR5 今年底就有可能率先用于服務(wù)器市場(chǎng)。根據(jù) IDC 市場(chǎng)研究人員的預(yù)測(cè)，到 2021 年，DDR5 將占到整個(gè) DRAM 市場(chǎng)的 25%，到 2022 年將達(dá)到 44%。

其實(shí)，從資本的角度來看，這個(gè)過渡期也是在 JEDEC 固態(tài)技術(shù)協(xié)會(huì)及其會(huì)員的掌控之下的，畢竟建立一條完整的生產(chǎn)線價(jià)格不菲，沒有一家 SDRAM 廠家會(huì)選擇在沒有內(nèi)存戰(zhàn)壓力的情況下，提前選擇建造、啟用新的生產(chǎn)線。如同摩爾定律的內(nèi)推力量一樣，資本家們會(huì)將每一代產(chǎn)品中的利潤(rùn)最大化后才會(huì)收手進(jìn)入下一關(guān)卡。今天 JEDEC 固態(tài)技術(shù)協(xié)會(huì)推出 DDR5 SDRAM 標(biāo)準(zhǔn)，是內(nèi)存跟著主核走的明智之選。

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