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DDR5的下一步是什么？
发布时间： 2022/4/16 13:53:58 | 119 次阅读
近日，三星与AMD举行了一场研讨会，讨论DDR的未来发展。
三星早前已经宣布，其 24Gb DDR5 集成电路 (IC) 采用其 14 纳米 DRAM 工艺技术制造，该工艺技术在五层上使用极紫外光刻技术，以减小芯片尺寸、提高性能潜力并控制功耗。
目前尚不完全清楚三星打算何时开始量产其 24Gb DDR5 内存设备，但本周它列出了 24GB、48GB 和 96GB 内存模块，基于其 2022 年即将推出的单片 24Gb IC，因此预计它们会在年底前上市。zui迟一年。同时，三星已经提到了基于 3DS 8-Hi 堆栈中的 16Gb 内存设备的服务器的 512GB DDR5 内存模块。鉴于演示文稿的上下文，我们可以推测这些模块将得到 AMD 的下一代 EPYC 7004 系列“热那亚”处理器的完全支持，因此预计即将推出的配备 12 个 DRAM 通道的热那亚服务器每台至少支持 6TB 内存每个通道使用一个 RDIMM/LRDIMM 的 CPU 插槽（假设有些可能每个通道有两个 DIMM，那么zui大容量可能会进一步增加）。
对于台式 PC 爱好者来说，一个更有趣的问题可能是“三星何时开始生产 32Gb 单片 DDR5 IC，以便为客户端 PC 构建超大容量内存模块？” 不幸的是，这些芯片将在 2024 年至 2025 年推出，因此我们将在一段时间内被基于 16Gb 和 24Gb 的模块所困扰。
“三星方面目前正在讨论和开发 32Gb产品”三星 DRAM 产品规划的gao级工程师 Aaron Choi 说。“目前我们预计 [32Gb DRAM 将在 2024 年或 2025 年进入商业市场]。”
32Gb DDR5 内存芯片对于客户端 PC 可能不太重要，因为每个系统有四个 24GB – 48GB 模块将为大多数台式机提供足够的内存容量，而工作站机器通常使用服务器级 ECC 内存模块。同时，24Gb IC 将允许构建高达 768GB 的内存模块，这在今天看来是一个相当大的尺寸，但这对于 2024 年至 2025 年的服务器来说可能还不够好。
三星花了相当长的时间推出 32Gb 单片 DDR5 内存芯片的原因之一可能是该公司需要采用一两个新的 DRAM 节点来制造价格合理的大众市场 32Gb 芯片。同时，随着每个节点的 DRAM 单元越来越小，单比特错误的数量也在增加，这就是为什么 DDR5 采用片上 ECC 和许多其他方法来纠正这些错误的原因。无论如何，每次迭代采用新的工艺技术都会变得更加棘手，这就是为什么 32Gb DRAM 芯片的商业可用性可能需要数年时间。
同时，应该记住，DDR5 规范也允许构建 64Gb IC，因此三星和其他制造商将继续扩展其节点以利用该技术。
三大厂商的DDR 5技术对比
我们刚刚进入了DDR5内存时代。自去年以来，所有主要的 DRAM 厂商，如美光、三星和 SK 海力士，都开始发布他们的di一款 DDR5 内存产品（模块）。此外，如今对 DDR5 产品的需求明显且肯定超过供应。DDR5 是 DRAM 的新标准，旨在满足计算、高带宽、人工智能 (AI)、机器学习 (ML) 和数据分析的需求。
在接下来的文章里，我们了解一下这个新技术。
DDR4 数据速率通常在 1,600 MHz 到 3200 MHz 的范围内运行，而 DDR5 在数据和时钟速率方面都在 DDR4 上有所改进，性能翻倍，zui高可达或超过 7,200 兆比特每秒 (Mbps)。DDR5 将工作电压降低到 1.1V。已添加和修改了许多新的和gao级功能，包括将预取从 8 个增加到 16 个、更多的存储库和存储库组以提高总线效率、新的写入模式和刷新模式、决策反馈均衡器 (DFE) 和 PDA。还增加了片上ECC，以加强片上RAS，减轻控制器的负担。这无疑离在未来以数据为中心的应用程序中释放价值更近了一步。
di一个 DDR5 产品以 4,800 MT/s（或 5,600 MT/s）的速度投放市场。与当前高性能服务器中的高端 3,200 MT/s DDR4 DIMM 相比，数据速率提高了 33%。作为参考，Everspin 1 Gb pMTJ STT-MRAM 独立 DDR4 芯片以 1,333 MT/s 的速度运行，具有 15 ns CL 和 135 ns tRCD。zui近发布的 GDDR6 设备的运行速度为 16,000 MT/s，LPDDR5 的运行速度为 6,400 MT/s，HBM2E 的运行速度为 3,600 MT/s，HBM2E 是 Nvidia 的旗舰数据中心 GPU 的zui新版本，即 80 GB 的 A100（图 1）。
JEDEC zui近更新了 DDR5 SDRAM 标准 (JESD79-5A)，包括密集型云和企业数据中心应用驱动的需求要求，为开发人员提供了两倍的性能和大大提高的能效。为了更高的密度和更高的性能，DDR5 有望采用zui先进的 DRAM 单元技术节点，例如 D1z 或 D1a (D1α) 代，这是 10 纳米级 DRAM 节点的第 3 代或第 4 代。DDR5 内存包含多项创新和新的 DIMM 架构，可实现速度等级跳跃并支持未来扩展。
三星已经发布了基于高 k 金属栅极 (HKMG) 工艺的 DDR5 内存模块。HKMG 工艺于 2018 年在业界首次被三星 GDDR6 内存采用，现在已扩展到 DDR5 内存。SK 海力士刚刚发布了一款新的 24 Gb DDR5 芯片，该芯片采用采用 EUV 工艺的jian端 D1a 纳米技术开发。在带宽方面，DIMM 提供 38.4 GB/s 或 44.8 GB/s（例如，SK Hynix 的 GDDR6 设备为 64 GB/s，八芯片 HBM2E 设备为 460 GB/s）。
TechInsights，zui近分析了三款全新的DDR5 DIMM产品；TeamGroup ELITE DDR5 16 GB UDIMM 系列配备 Micron DDR5 设备、G.SKILL Trident Z5 DDR5 内存 (F5-5600U3636C16GX2-TZ5K) 配备三星 DDR5 设备，以及 SK Hynix 32 GB HMCG88MEBUA81N DDR5 UDIMM PC5-4800B 模块。
三大 DRAM 制造商已开始量产其首批 4800 MHz 或 5600 MHz 的 DDR5 组件。我们预计 DDR5 设备具有 D1a 或 D1α，然而，DDR5 DRAM 芯片和单元/外围设计看起来还没有成熟，并且所有di一批 DDR5 芯片都采用了一些较旧的技术节点（设计规则），例如三星 D1y、美光 D1z , 和 SK 海力士 D1y。迄今为止，业界ling先的工艺技术节点是 D1a 或 D1α。表 1 显示了美光、三星和 SK 海力士发布的首批 DDR5 设备的比较。
di一个是 TeamGroup ELITE DDR5 UDIMM，配备 16 GB DDR5 设备，其中 DDR5 MT60B2G8HB-48B:A 芯片由美光（Y32A 芯片）制造。我们分析的第二个是 G.SKILL Trident Z5 DDR5 内存 F5-5600U3636C16GX2-TZ5K 与三星 DDR5 K4RAH086VB-BCQK 设备（K4RAH046VB die）。第三个来自 SK Hynix，带有 32 GB HMCG88MEBUA81N DDR5 UDIMM PC5-4800B 模块（H5CNAG8NM die）。
美光应用了他们的 M-D1z 工艺技术节点，而三星和 SK 海力士采用了 D1y 单元工艺（S-D1y 和 H-D1y）。因此，美光 (66.26 mm 2 ) 的 DDR5 裸片尺寸小于三星 (73.58 mm 2 ) 和 SK Hynix 的 (75.21 mm 2 )。
与三星和 SK 海力士相比，美光在 DDR5 上的单元尺寸和位密度方面有更大的进步。事实上，美光 M-D1z 工艺技术比三星和 SK 海力士的 D1y 工艺更先进，包括 15.9 nm D/R、poly-Si/TiN cell gate 无 W 材料、更小的有源/WL/BL 间距、先进的 SNLP 工艺和SN电容工艺和材料
三星早前已经宣布，其 24Gb DDR5 集成电路 (IC) 采用其 14 纳米 DRAM 工艺技术制造，该工艺技术在五层上使用极紫外光刻技术，以减小芯片尺寸、提高性能潜力并控制功耗。
目前尚不完全清楚三星打算何时开始量产其 24Gb DDR5 内存设备，但本周它列出了 24GB、48GB 和 96GB 内存模块，基于其 2022 年即将推出的单片 24Gb IC，因此预计它们会在年底前上市。zui迟一年。同时，三星已经提到了基于 3DS 8-Hi 堆栈中的 16Gb 内存设备的服务器的 512GB DDR5 内存模块。鉴于演示文稿的上下文，我们可以推测这些模块将得到 AMD 的下一代 EPYC 7004 系列“热那亚”处理器的完全支持，因此预计即将推出的配备 12 个 DRAM 通道的热那亚服务器每台至少支持 6TB 内存每个通道使用一个 RDIMM/LRDIMM 的 CPU 插槽（假设有些可能每个通道有两个 DIMM，那么zui大容量可能会进一步增加）。
对于台式 PC 爱好者来说，一个更有趣的问题可能是“三星何时开始生产 32Gb 单片 DDR5 IC，以便为客户端 PC 构建超大容量内存模块？” 不幸的是，这些芯片将在 2024 年至 2025 年推出，因此我们将在一段时间内被基于 16Gb 和 24Gb 的模块所困扰。
“三星方面目前正在讨论和开发 32Gb产品”三星 DRAM 产品规划的gao级工程师 Aaron Choi 说。“目前我们预计 [32Gb DRAM 将在 2024 年或 2025 年进入商业市场]。”
32Gb DDR5 内存芯片对于客户端 PC 可能不太重要，因为每个系统有四个 24GB – 48GB 模块将为大多数台式机提供足够的内存容量，而工作站机器通常使用服务器级 ECC 内存模块。同时，24Gb IC 将允许构建高达 768GB 的内存模块，这在今天看来是一个相当大的尺寸，但这对于 2024 年至 2025 年的服务器来说可能还不够好。
三星花了相当长的时间推出 32Gb 单片 DDR5 内存芯片的原因之一可能是该公司需要采用一两个新的 DRAM 节点来制造价格合理的大众市场 32Gb 芯片。同时，随着每个节点的 DRAM 单元越来越小，单比特错误的数量也在增加，这就是为什么 DDR5 采用片上 ECC 和许多其他方法来纠正这些错误的原因。无论如何，每次迭代采用新的工艺技术都会变得更加棘手，这就是为什么 32Gb DRAM 芯片的商业可用性可能需要数年时间。
同时，应该记住，DDR5 规范也允许构建 64Gb IC，因此三星和其他制造商将继续扩展其节点以利用该技术。
三大厂商的DDR 5技术对比
我们刚刚进入了DDR5内存时代。自去年以来，所有主要的 DRAM 厂商，如美光、三星和 SK 海力士，都开始发布他们的di一款 DDR5 内存产品（模块）。此外，如今对 DDR5 产品的需求明显且肯定超过供应。DDR5 是 DRAM 的新标准，旨在满足计算、高带宽、人工智能 (AI)、机器学习 (ML) 和数据分析的需求。
在接下来的文章里，我们了解一下这个新技术。
DDR4 数据速率通常在 1,600 MHz 到 3200 MHz 的范围内运行，而 DDR5 在数据和时钟速率方面都在 DDR4 上有所改进，性能翻倍，zui高可达或超过 7,200 兆比特每秒 (Mbps)。DDR5 将工作电压降低到 1.1V。已添加和修改了许多新的和gao级功能，包括将预取从 8 个增加到 16 个、更多的存储库和存储库组以提高总线效率、新的写入模式和刷新模式、决策反馈均衡器 (DFE) 和 PDA。还增加了片上ECC，以加强片上RAS，减轻控制器的负担。这无疑离在未来以数据为中心的应用程序中释放价值更近了一步。
di一个 DDR5 产品以 4,800 MT/s（或 5,600 MT/s）的速度投放市场。与当前高性能服务器中的高端 3,200 MT/s DDR4 DIMM 相比，数据速率提高了 33%。作为参考，Everspin 1 Gb pMTJ STT-MRAM 独立 DDR4 芯片以 1,333 MT/s 的速度运行，具有 15 ns CL 和 135 ns tRCD。zui近发布的 GDDR6 设备的运行速度为 16,000 MT/s，LPDDR5 的运行速度为 6,400 MT/s，HBM2E 的运行速度为 3,600 MT/s，HBM2E 是 Nvidia 的旗舰数据中心 GPU 的zui新版本，即 80 GB 的 A100（图 1）。
JEDEC zui近更新了 DDR5 SDRAM 标准 (JESD79-5A)，包括密集型云和企业数据中心应用驱动的需求要求，为开发人员提供了两倍的性能和大大提高的能效。为了更高的密度和更高的性能，DDR5 有望采用zui先进的 DRAM 单元技术节点，例如 D1z 或 D1a (D1α) 代，这是 10 纳米级 DRAM 节点的第 3 代或第 4 代。DDR5 内存包含多项创新和新的 DIMM 架构，可实现速度等级跳跃并支持未来扩展。
三星已经发布了基于高 k 金属栅极 (HKMG) 工艺的 DDR5 内存模块。HKMG 工艺于 2018 年在业界首次被三星 GDDR6 内存采用，现在已扩展到 DDR5 内存。SK 海力士刚刚发布了一款新的 24 Gb DDR5 芯片，该芯片采用采用 EUV 工艺的jian端 D1a 纳米技术开发。在带宽方面，DIMM 提供 38.4 GB/s 或 44.8 GB/s（例如，SK Hynix 的 GDDR6 设备为 64 GB/s，八芯片 HBM2E 设备为 460 GB/s）。
TechInsights，zui近分析了三款全新的DDR5 DIMM产品；TeamGroup ELITE DDR5 16 GB UDIMM 系列配备 Micron DDR5 设备、G.SKILL Trident Z5 DDR5 内存 (F5-5600U3636C16GX2-TZ5K) 配备三星 DDR5 设备，以及 SK Hynix 32 GB HMCG88MEBUA81N DDR5 UDIMM PC5-4800B 模块。
三大 DRAM 制造商已开始量产其首批 4800 MHz 或 5600 MHz 的 DDR5 组件。我们预计 DDR5 设备具有 D1a 或 D1α，然而，DDR5 DRAM 芯片和单元/外围设计看起来还没有成熟，并且所有di一批 DDR5 芯片都采用了一些较旧的技术节点（设计规则），例如三星 D1y、美光 D1z , 和 SK 海力士 D1y。迄今为止，业界ling先的工艺技术节点是 D1a 或 D1α。表 1 显示了美光、三星和 SK 海力士发布的首批 DDR5 设备的比较。
di一个是 TeamGroup ELITE DDR5 UDIMM，配备 16 GB DDR5 设备，其中 DDR5 MT60B2G8HB-48B:A 芯片由美光（Y32A 芯片）制造。我们分析的第二个是 G.SKILL Trident Z5 DDR5 内存 F5-5600U3636C16GX2-TZ5K 与三星 DDR5 K4RAH086VB-BCQK 设备（K4RAH046VB die）。第三个来自 SK Hynix，带有 32 GB HMCG88MEBUA81N DDR5 UDIMM PC5-4800B 模块（H5CNAG8NM die）。
美光应用了他们的 M-D1z 工艺技术节点，而三星和 SK 海力士采用了 D1y 单元工艺（S-D1y 和 H-D1y）。因此，美光 (66.26 mm 2 ) 的 DDR5 裸片尺寸小于三星 (73.58 mm 2 ) 和 SK Hynix 的 (75.21 mm 2 )。
与三星和 SK 海力士相比，美光在 DDR5 上的单元尺寸和位密度方面有更大的进步。事实上，美光 M-D1z 工艺技术比三星和 SK 海力士的 D1y 工艺更先进，包括 15.9 nm D/R、poly-Si/TiN cell gate 无 W 材料、更小的有源/WL/BL 间距、先进的 SNLP 工艺和SN电容工艺和材料