DDR5芯片增長強(qiáng)勁，數(shù)據(jù)中心成為重要驅(qū)動(dòng)力

在各種技術(shù)趨勢的推動(dòng)下，全球數(shù)據(jù)流量正在以幾乎指數(shù)級的速度增長。例如，5G網(wǎng)絡(luò)正在使數(shù)十億由人工智能驅(qū)動(dòng)的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備擺脫有線網(wǎng)絡(luò)的束縛，而人工智能/ML對巨大數(shù)據(jù)集的貪婪欲望正以每年10倍的速度飛速增長。用于娛樂和商業(yè)應(yīng)用的數(shù)據(jù)密集型視頻流繼續(xù)加速，隨著游戲和電子競技的普及，全球有近10億玩家，對4K圖形的需求不斷增加。此外，不斷發(fā)展的ADAS系統(tǒng)為復(fù)雜的自動(dòng)駕駛車輛提供動(dòng)力，增加了另一股數(shù)據(jù)洪流。

數(shù)據(jù)中心是最為直接“感受”到這些變化的地方，事實(shí)上，超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心已經(jīng)成為全球數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵樞紐。應(yīng)對高性能服務(wù)器、超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心對高效內(nèi)存性能日益增長的需求，2020年7月JEDEC正式發(fā)布了DDR5標(biāo)準(zhǔn)。DDR5支持更高容量的DRAM器件，使服務(wù)器和系統(tǒng)設(shè)計(jì)者能夠在單片封裝中使用密度高達(dá)64Gb的DRAM。與其前身DDR4相比，DDR5有許多顯著改進(jìn)，有助于應(yīng)對更高速度、更低電壓的信號完整性設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。

DDR5發(fā)展的核心驅(qū)動(dòng)力

目前，業(yè)界普遍對DDR5的前景持樂觀態(tài)度。市場調(diào)研機(jī)構(gòu)Omdia分析指出，對DDR5的市場需求將從2020年開始逐步顯現(xiàn)，到2022年，DDR5將占據(jù)整個(gè)DRAM市場份額的10%，2024年則將進(jìn)一步擴(kuò)大至43%。

Rambus 內(nèi)存互連芯片業(yè)務(wù)部門產(chǎn)品營銷副總裁 John Eble表示，兩大需求在驅(qū)動(dòng)DDR5的演進(jìn)——容量和帶寬，隨著CPU的核心數(shù)量持續(xù)增加，內(nèi)存容量和帶寬必須成比例地?cái)U(kuò)展，這是推動(dòng)內(nèi)存子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的最大趨勢。

他同時(shí)指出了另外四個(gè)驅(qū)動(dòng)因素，主要包括：處理器希望以高速緩存行為單位接收數(shù)據(jù)，所以內(nèi)存通道上的內(nèi)存請求的訪問粒度必須保持在64字節(jié)；數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)接口的可靠性必須與現(xiàn)有產(chǎn)品相同或更好，這意味著必須支持單錯(cuò)誤校正和雙錯(cuò)誤檢測（single error correction/double error detection），并有能力在任一DRAM損壞時(shí)保存數(shù)據(jù)；擴(kuò)展服務(wù)器性能的關(guān)鍵挑戰(zhàn)是將熱量從機(jī)箱中排出，并且控制溫度的能力，為此DIMM通常需要保持在約15瓦的功率運(yùn)行；最后，必須控制啟動(dòng)和內(nèi)存訓(xùn)練的時(shí)間，以免影響預(yù)期的啟動(dòng)時(shí)間。

在John Eble看來，數(shù)據(jù)中心、PC與平板電腦、邊緣計(jì)算，被視作DDR5最有希望得到廣泛普及的三大領(lǐng)域。并且，不同于前幾代產(chǎn)品的迭代都是優(yōu)先應(yīng)用于PC，業(yè)界普遍認(rèn)為DDR5將緊隨DDR4的步伐，率先導(dǎo)入數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域，來應(yīng)對計(jì)算密集型的工作負(fù)載。

Rambus擴(kuò)大DDR5內(nèi)存接口芯片組合

盡管DDR5有了顯著改進(jìn)，但更高的速度、更低的電壓帶來了一系列新的信號完整性設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)，這也就對新一代內(nèi)存接口芯片提出了新的需求。

Rambus作為業(yè)界領(lǐng)先的芯片和半導(dǎo)體IP供應(yīng)商，日前宣布擴(kuò)大其DDR5內(nèi)存接口芯片組合，推出串行檢測集線器（SPD Hub）和溫度傳感器，為Rambus 寄存器時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)器(RCD)提供補(bǔ)充。SPD Hub和溫度傳感器改進(jìn)了DDR5 雙列直插式內(nèi)存模塊(DIMM)的系統(tǒng)管理和熱控制，在服務(wù)器、臺(tái)式機(jī)和筆記本電腦所需的功率范圍內(nèi)能夠提供更高性能。

John Eble強(qiáng)調(diào)， Rambus一直專注于接口芯片的信號完整性，比如有注冊時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)器（RCD）和數(shù)據(jù)緩沖器。而最新推出的DDR5系列產(chǎn)品組合的兩款新芯片，是Rambus更廣泛戰(zhàn)略的一部分，將為Rambus成為DDR5模塊信號完整性和配套芯片最主要的供應(yīng)商提供助力。

其中，SPD Hub是通往DIMM模塊的通信網(wǎng)關(guān)，有三大功能：首先，它包含非易失性配置信息，定義了DIMM的關(guān)鍵參數(shù)，并允許通過I3C系統(tǒng)管理總線進(jìn)行系統(tǒng)層面的控制；其次，它還包括一個(gè)I3C總線雙向讀數(shù)驅(qū)動(dòng)器；最后，還集成了高精度溫度傳感器。而溫度傳感器則負(fù)責(zé)在DIMM的不同位置提供高精度的溫度信息。

“以上兩款芯片都是對DDR5 RCD的補(bǔ)充，以提供最先進(jìn)的帶寬和容量。這些芯片對于增強(qiáng)系統(tǒng)管理和熱控制至關(guān)重要，可以幫助實(shí)現(xiàn)高帶寬和高容量，同時(shí)優(yōu)化總體擁有成本”，John Eble指出，“SPD Hub和溫度傳感器都是內(nèi)存模塊上的關(guān)鍵組件，可以感知并報(bào)告用于系統(tǒng)配置和熱管理的重要數(shù)據(jù)。SPD Hub可用于服務(wù)器和客戶端模塊，包括RDIMM、UDIMM和SODIMM，溫度傳感器則專為服務(wù)器RDIMM設(shè)計(jì)?！?/p>

Rambus 串行檢測集線器和溫度傳感器

作為Rambus服務(wù)器和客戶端DDR5內(nèi)存接口芯片組的一部分，SPD Hub和溫度傳感器與RCD相結(jié)合，能夠?yàn)镈DR5計(jì)算系統(tǒng)提供高性能、大容量的內(nèi)存解決方案。具體產(chǎn)品特性和優(yōu)勢如下：

SPD Hub（SPD5118）的主要特性包括：支持I2C和I3C總線串行接口；先進(jìn)的可靠性功能；擴(kuò)展的NVM空間，滿足客戶特定應(yīng)用的需求；為最快的I3C總線速率提供低延遲；集成式溫度傳感器；符合或超過所有JEDEC DDR5 SPD Hub運(yùn)行要求（JESD300-5A）。

溫度傳感器（TS5110）的主要特征包括：精密的熱感應(yīng)；支持I2C和I3C總線串行接口；為最快的I3C總線速率提供低延遲；符合或超過所有JEDEC DDR5溫度傳感器的運(yùn)行要求（JESD302-1.01）。

當(dāng)前服務(wù)器背景下，DDR5芯片的變化

當(dāng)前，一種非常典型的服務(wù)器是兩插槽設(shè)計(jì)，每個(gè)插口都有一組DIMM和PCIe插槽，可以填充SSD、網(wǎng)卡、加速器等。另外有一個(gè)底板管理控制器，可以通過各種接口與主板的所有組件進(jìn)行通信。最后，還有一系列的風(fēng)扇來管理散熱和溫度。基于這一背景，DDR5功能可以加強(qiáng)電源傳輸系統(tǒng)的管理和遙測，從而改善整體服務(wù)設(shè)計(jì)和性能。

首先，系統(tǒng)管理總線在初始化時(shí)被大量使用，以發(fā)現(xiàn)接入的DIMM，并執(zhí)行早期的內(nèi)存通道校準(zhǔn)。在這方面，過去使用的I2C運(yùn)行頻率約為1MHz，而DDR5平臺(tái)采用I3C總線，運(yùn)行頻率可達(dá)10MHz。

DDR5 DIMM架構(gòu)為了支持這種更高的速率，通過引入I3C SPD Hub，將總線隔離到控制器一側(cè)的單個(gè)DIMM，與主機(jī)進(jìn)行通信。在目標(biāo)端點(diǎn)，它可以與模塊上其他具有I3C接口的芯片進(jìn)行通信，包括RCD、PMIC和獨(dú)立的熱傳感器。除了減少初始化時(shí)間，總線速度的提高也將支持更高的輪詢率和實(shí)時(shí)控制。該集線器還包括串行存在檢測集線器，存儲(chǔ)了DIMM的非易失性配置信息，并具備熱傳感器。

再來看獨(dú)立溫度傳感器芯片，它們通過I3C接口連接到I3C集線器。這為每個(gè)DIMM提供了三個(gè)空間數(shù)據(jù)點(diǎn)，提供了關(guān)于服務(wù)器中溫度情況的大量信息。服務(wù)器/CPU能夠使用該功能管理風(fēng)扇速度/噪聲以及DRAM刷新率來提高性能或保留時(shí)間，并且可以作為限制帶寬的“最后一招”，可以選擇節(jié)流帶寬，以減少熱量。

最后，Rambus經(jīng)過擴(kuò)展的DDR5解決方案組合能夠提供高達(dá)5600MT/s的數(shù)據(jù)傳輸速率，并且包括串行檢測集線器和溫度傳感器。

DDR5應(yīng)用前景如何？

哪些場景會(huì)看到DDR5應(yīng)用？John Eble表示，由于其高性能和高帶寬的特點(diǎn)，適用于許多需要迫切升級內(nèi)存帶寬的應(yīng)用，特別是服務(wù)器市場，將會(huì)是DDR5的早期采用者?？梢灶A(yù)期幾乎所有的服務(wù)器都會(huì)逐漸采用DDR5，接下來的三個(gè)月到半年時(shí)間，將會(huì)看到更多支持DDR5的服務(wù)器處理器將會(huì)上市。

與此同時(shí)，DDR 5內(nèi)存也將被廣泛應(yīng)用于PC市場的消費(fèi)級臺(tái)式機(jī)和筆記本電腦。他補(bǔ)充，不過可能因?yàn)镻C市場的更新迭代不像服務(wù)器那么劇烈，并且，新的處理器不僅支持新的內(nèi)存類型，而且還升級了I/O，添加新的安全和虛擬化功能，往往更復(fù)雜，因此導(dǎo)入速度可能也更慢。

據(jù)John Eble透露，目前在消費(fèi)端，DDR5已經(jīng)被用于一些高端游戲PC，未來將逐步推廣到幾乎所有PC設(shè)備。英特爾的Alder Lake已經(jīng)開始發(fā)售，AMD也宣稱其DDR5解決方案的處理器約在今年秋季上市，這有望推動(dòng)更多的客戶需求。根據(jù)IDC數(shù)據(jù)，預(yù)計(jì)2023年中期或后期，DDR5的出貨量將會(huì)超過DDR4。

談及在中國市場的應(yīng)用前景和發(fā)展規(guī)劃，Rambus大中華區(qū)總經(jīng)理蘇雷表示，中國市場分布著眾多世界知名的廠商，有服務(wù)器OEM、ODM廠商，還活躍著眾多的內(nèi)存模組廠商，中國內(nèi)存生態(tài)系統(tǒng)在全球市場扮演著非常重要的一環(huán)。Rambus非常重視中國市場，與本地的云廠商、OEM、ODM、內(nèi)存廠商，都有著密切合作。

他強(qiáng)調(diào)，在DDR5的時(shí)代，Rambus看到了不斷增長的市場機(jī)遇。作為行業(yè)領(lǐng)先的Rambus DDR5 RCD接口芯片的補(bǔ)充，最新推出的兩款芯片產(chǎn)品，使得Rambus不但可以在服務(wù)器內(nèi)存模塊市場拓展了產(chǎn)品組合，也為Rambus在消費(fèi)級內(nèi)存模塊市場開辟了新的機(jī)遇。Rambus去年發(fā)布了“CXL內(nèi)存互連計(jì)劃”，希望引領(lǐng)數(shù)據(jù)中心架構(gòu)進(jìn)入一個(gè)新的時(shí)代。未來，Rambus會(huì)在中國市場同步推出一系列面向數(shù)據(jù)中心的產(chǎn)品和解決方案，致力于與本土合作伙伴實(shí)現(xiàn)合作發(fā)展共贏。