DDR5 SDRAM -功能，架构，如何工作和应用

DDR5 SDRAM是下一代内存，肯定会取代DDR4。DDR5代表双倍数据速率5。这篇文章将详细讨论什么是DDR5 SDRAM(双数据速率5 SDRAM)，它的特点，架构，工作原理，应用和优势。

什么是DDR5 SDRAM

正式来说，DDR5代表D麻烦DataR吃了5和SDRAM的缩写年代过渡Dynamic -Random一个ccess米埃默里。双倍数据速率5是第五代RAM，通过将带宽增加一倍来保证更快的速度。它还可以降低存储模块电压，从而降低功耗。

预计发布日期为2020年底。许多公司已经开始研究这种RAM，但是结果还没有达到最初保证的速度。SK海力士首次推出了容量为16gb的DDR5芯片。

图1 - DDR5 SDRAM简介

这个RAM仍然会保持288脚的设计。然而，电压将降至1.1V。该存储芯片将采用第二代10纳米级制造技术。它将有4个金属层，其模具尺寸为76.22 mm²。DDR5 SDRAM使用2个rank, 8个Bank group，由32个Bank组成。每个银行集团的银行数量为4家。

银行构成了下一个逻辑单位，称为Rank。内存等级是指连接到同一芯片选择的一组DRAM芯片。DDR5的爆发长度增加到16。突发长度指的是数据总线宽度，即可以在突发中传输的字节数。

图2 - DDR5 SDRAM中银行集团和内存等级的表示

DDR5内存将为用户提供更高的性能。这意味着它将在更高的频率上工作。高频率会造成时钟不稳定。因此，为了减少这种情况，DLL(延迟锁相环)/ PLL(锁相环)电路被使用。

这些电路通过不断地比较和调整两个信号，即时钟信号和输出数据信号，并提供反馈，使发送和接收在固定时间进行。DDR5 RAM与其前身DDR4相比，具有修订的前向反馈均衡电路。这也有助于稳定时钟问题，由于高频率。

DDR5承诺将以两倍于DDR4的容量到达消费者手中。这意味着它将拥有32 GB - 64 GB的容量，而不是DDR4的16 GB。更大的内存预计会增加电池我们设备的寿命。当然，节能内存对我们所有的设备都很重要电池供电比如耳机和手机，笔记本电脑和平板电脑。

DDR5 SDRAM特性

DDR5与DDR4的特点及对比如下图所示:

图3 - DDR4和DDR5的特征比较

DDR5 SDRAM的结构

DDR5 SDRAM安装在系统主板上的DIMM (Dual In-Line Memory Module)上。因此，DDR5架构也被称为DDR5 DIMM架构。它由以下几个部分组成:

• PMIC (Power Management IC)
• 渠道
• 排名
• 银行集团
• 数据缓冲区
• RCD(寄存器时钟驱动程序)
• 内存控制器

PMIC (Power Management IC)

DDR5 SDRAM将有一个12 V PMIC(电源管理IC)。它是专门为计算机和嵌入式平台设计的。它有助于降低系统功耗，并提供更高的性能和可靠性。它是独立的，具有四个降压开关稳压器。电源管理接口可以配置为使主机能够从/向DIMM (Dual In-line Memory Module)的电源管理电路读/写数据。它在上电时禁用。

渠道

DIMM的左右两侧有两个通道。每个通道40位宽，包括8个ECC位和32个数据位。ECC (Error Correction Code)可以检测并纠正数据损坏。拥有两个独立的channel可以提高内存访问效率。

排名

内存等级是指连接到同一芯片选择的一组DRAM芯片。它也被定义为使用模块上的部分或全部内存芯片创建的数据区域。

银行集团

它是存储的逻辑单位，4个银行组成一个银行集团。DDR5 SDRAM使用8个Bank组。

数据缓冲区

它们用于减少数据总线上的有效负载。每个模块都有一个连接到总线的数据缓冲芯片。所有的时钟、命令和控制信号都通过RCD传输到缓冲器。它将所有信号重新驱动到DRAM的多个级别。数据缓冲区由寄存器时钟驱动程序通过缓冲区通信总线配置。

RCD(寄存器时钟驱动程序)

寄存器时钟驱动程序使用多个数据缓冲区来缓冲主机内存控制器和DRAM之间的传入数据信号(DQ)和数据频闪信号(DQS)。它通过发送时钟、控制和命令信号来处理所有对内存芯片的读写。RCD可以通过命令/地址总线或串行管理总线从主机内存控制器配置。

内存控制器

处理器中的存储器控制器将信号以数据包的形式传送到缓冲区。SDRAM设备必须定期刷新以保存有效数据，并且内存控制器定期发出刷新命令。DDR5中的刷新命令称为“SAME-BANK refresh”命令。它与'所有银行刷新'命令一起工作，这是在DDR4中使用的。

图4 - DDR5 SDRAM的结构

如何DDR5 SDRAM工作

当CPU向内存发出读/写命令时，所请求的行被激活并复制到相应Bank的行缓冲区中。系统中的每个物理地址(PA)都映射到特定的通道/DIMM和数据缓冲区。通过实现Burst模式向活动行发出读和/或写命令。

该行被预先充电并存储回内存数组中。读/写请求在命令总线上发出，如果是读请求，则返回数据。如果这是一个“写”请求，那么数据将与“写”命令一起在数据总线上发送。

DDR5 SDRAM实现了ECC (Error Correction Code)和ECS (Error check and Scrub)功能，可以检测错误，并在发生错误时回写纠正后的数据。数据总线在时钟信号的上升沿和下降沿上传输数据。内存控制器定期发出刷新命令，防止数据丢失。

图5 - DDR5 SDRAM的工作表示

DDR5 SDRAM的应用

现在让我们看看这种SDRAM如何应用于某些器件:

在手机

一般来说，移动设备和智能手机使用低功耗内存，因为它们需要低功耗才能工作。因此，在这种情况下，我们可以放心地说，我们可以期望DDR5以高达6400 MT/s的速度运行。我们应该很快就会看到DDR内存套件达到6400mhz的标志。然而，考虑到上述情况，三星已经发布了有关其10纳米级8gb DDR5 SDRAM的消息。这是同类产品中的第一个，它可以安装在移动设备上。它的容量为8gb，数据速率比DDR4 RAM快1.5倍

在游戏PC中

新DDR的消息无疑引发了技术领域的极大兴趣。尽管DDR4内存对于消费者市场来说，它仍然相对较新，我们有DDR5可以期待。事实上，与DDR4相比，内存性能提高了85%，内存密度提高了两倍。开发人员承诺，每个记忆棒的容量为32gb，性能是原来的两倍。

DDR5 SDRAM的优点

其优点包括:

• 更高的带宽:从3200 - 6400 MT/秒的数据速率。
• 1.6 - 3.2 GHz时钟频率。
• 低电压消耗:1.1V。
• 电源效率:更好的电池电源管理。
• 更高容量的DIMM -与DDR4上的16 GB相比，为32 GB/64 GB
• 更大内存:突发长度BC8 (Committed burst)， BL16 (burst length)。
• 改进和刷新粒度。
• 每个模块两个独立的40位通道。
• 增加两倍的银行集团和银行，以提高业绩。

DDR5 SDRAM缺点

从DDR4迁移到新的和改进的DDR5有很多优点。然而，这样做也有缺点，它们是:

• 最初的预期并不高。已经快速和便宜的DDR4模块之间不会有太大的区别。
• DDR5高速信号:设计人员需要确保主板和DIMM能够接受这些高速信号。
• 更高的时钟和数据速率:RAM设计人员需要确保PDN(电力输送网络)能够在良好的信号完整性下实现更高的速度。
• 命令地址总线(CA): RCD CA总线接收器需要DFE(差分反馈均衡)选项来提供良好的信号接收。
• 新的和改进的DDR5内存还需要在主板和芯片上提供良好的内置支持。

结论

我们已经起草了一个简短的文件，我们试图包括所有的梦想，我们正在喂养这个新的DDR5内存模块。我们必须等待，看看RAM开发人员会推出什么产品。尽管我们很确定价格会高于DDR4，但我们希望一旦最初的热潮平息下来，价格也会稳定下来。我们确信，开发人员和设计人员都有知识和专业知识，可以创造出一种让我们感到惊讶的DRAM，这种DRAM将以我们所说的所有速度和能力让我们感到惊讶。

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