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DDR5:系统级性能更上层楼(第二篇)

时间:2020-08-02 作者:Brian Drake 阅读:
DDR5的改进并不仅以新特性的形式出现。在某些情况下,与前几代DRAM架构相比,仅仅是对DDR5的优化便带来了显著的改进和好处。
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您可能已经读过我之前的博文《DDR5:系统级性能更上层楼》。这篇博文重点讲述了即将出现的DRAM架构的四个关键层面:uH3EETC-电子工程专辑

  1. 从性能角度看,DDR5为什么至关重要?因为需要采用新的内存架构来满足下一代的单个内核带宽需求。
  2. 我们期望看到DDR5在性能方面有哪些提升?在 4800MT/s 的初始级数据速率下,有效带宽将跃升为 DDR4 的 1.87 倍。
  3. DDR5是否具有可靠的扩展能力?是的,要继续缩小工艺节点,进一步提高单个颗粒的密度,就需要改变体系结构。
  4. DDR5何时上市?DDR5将在2021年推出,当然越早越好!

在本篇博文中,我将更详细地讨论DDR5的一些特性,正是这些特性实现了前文介绍的性能提高和扩展能力。然而,改进并不仅以新特性的形式出现。在某些情况下,与前几代 DRAM架构相比,仅仅是对DDR5的优化便带来了显著的改进和好处。uH3EETC-电子工程专辑

与DDR4相比,DDR5是怎样提高性能的?

数据突发长度增加到16uH3EETC-电子工程专辑

由于DRAM的内核时序并没有提高,DDR5需要 16(BL16)的数据突发长度,以充分利用增加的数据速率。由于更大的阵列访问解除了同一内存块内对I/O阵列时序的约束,因此,BL16提高了数据和命令总线的效率。突发长度增加到16还有助于实现新的DIMM架构,产生了两个完全独立的40bit通道。这一结果提高了并发能力,基本上使系统中可用内存通道增加了一倍。uH3EETC-电子工程专辑

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增加内存块和内存块组uH3EETC-电子工程专辑

DDR5使内存块组的数量增加了一倍,而每个内存块组中内存块的数量保持不变。增加内存块组是关键,因为与访问同一内存块组内的内存块相比,访问不同内存块组的内存块要求时间延迟更短。同一内存块组中的内存块共享本地I/O路由、检测放大器和阵列内存块,这会带来更长的时序约束。将整个内存块的总数增加一倍也是关键,因为,通过允许在任何给定时间打开更多页面来提高整个系统的效率,增加了高页面命中率的统计概率。uH3EETC-电子工程专辑

改进的刷新方案uH3EETC-电子工程专辑

DDR5带来了一种名为“同一内存块刷新(SAME-BANK Refresh)”的新特性。这一命令允许对每一内存块组的一个内存块进行刷新,而所有其他内存块保持打开状态,以继续正常操作。如果我们使用上面提到的特性,并模拟一个64B随机访问工作负载,那么与DDR4相比,我们可以看到性能有了显著的提升。在这个场景中,我们假设有8个通道,每个通道有一个DIMM(DPC)。即使将单列DDR5模组与 DDR4双列模组以3200MT/s的速度进行比较,我们也可以看到性能提升了1.28 倍!这是数据速率的逐个比较,但在4800MT/s的入门级数据速率下,我们看到性能提升了高达1.87倍!uH3EETC-电子工程专辑

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与DDR4相比,DDR5怎样提高了可靠性和可扩展性?

优化的DRAM内核时序uH3EETC-电子工程专辑

内存架构每年都在扩展,以实现更好的单片器件,每一晶片上能够产出更多的管芯。然而,这种扩展使得面积和特征尺寸也随之变小,这些缺点必须加以解决。一些例子包括但不限于 DRAM单元电容持续下降、高开关比(Ion/Ioff)访问器件越来越小,以及为提高阵列效率而使用更长的 bit 线,等等。为了解决这些问题,DDR5优化了tRCD、tWR和 tRP等内核时序,以实现可靠的扩展。这些时序对于确保有足够的时间在DRAM单元中写入、存储和检测电荷至关重要。uH3EETC-电子工程专辑

管芯纠错码uH3EETC-电子工程专辑

写入、存储和检测电荷变得更具挑战性,因此,除了优化内核时序,还采用了管芯纠错码(ECC)来进一步提高数据完整性。管芯ECC这种方法在DDR5器件输出数据之前,在READ命令期间执行校正,从而减少了系统纠错工作量。此外,DDR5引入了错误检查和清理特性,如果出现错误,DRAM器件将读取内部数据并写回校正后的数据。uH3EETC-电子工程专辑

想了解更详细的DDR5信息吗?

DDR5在性能、可扩展性和可靠性等方面的改进不仅仅局限于这些特性,这些都是非常重要的特性,在未来的服务器和数据中心部署后将带来很大的好处。这些示例只体现了这些特性的一小部分,所有特性都有助于满足下一代系统的严格要求,并降低总体拥有成本。uH3EETC-电子工程专辑

JEDEC为推动DDR5规范的形成而继续付诸努力。最近一次相关的研讨会于2019年10月初举行,包括美光在内的业内专家出席了会议。令人振奋的是DDR5将有可能应用于计算系统,美光已经准备好与系统架构师合作,帮助他们充分发挥这种新产品架构的优势。uH3EETC-电子工程专辑

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