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DDR5芯片與DDR、GDDR、LPDDR的對(duì)比
來(lái)源：宇芯有限公司 日期：2017-12-04 15:18:52
2017年3月，JEDEC協(xié)會(huì)宣布將在2018年正式發(fā)布DDR5的技術(shù)規(guī)范。目前，DDR5的規(guī)范制定已經(jīng)到0.5版本，會(huì)在DDR4的基礎(chǔ)上數(shù)據(jù)速率和密度再翻一倍，單顆粒容量可達(dá)32Gb，并預(yù)計(jì)會(huì)在2020年開(kāi)始商用。
DDR（Double Data Rate）是用于系統(tǒng)的RAM技術(shù)，其特點(diǎn)是高帶寬、低延時(shí)。DDR總線每個(gè)Channel是64bit寬度，每根Data的管腳（DQ）可以進(jìn)行讀操作或?qū)懖僮鳎ú煌瑫r(shí)）。目前的最新標(biāo)準(zhǔn)是DDR4，數(shù)據(jù)線可以支持到3200MT/s，而DDR5是未來(lái)的技術(shù)，數(shù)據(jù)速率會(huì)再翻倍。
另外，DDR5還會(huì)采用HBM的封裝以提高內(nèi)存芯片的密度和通道數(shù)。High Bandwidth Memory (HBM) 技術(shù)最早來(lái)源于AMD、Hynix、UMC、Amkor、ASE等公司，是一種高速的3D封裝的RAM接口技術(shù)。第一代的HBM技術(shù)在2013年被JEDEC協(xié)會(huì)采納（JESD235標(biāo)準(zhǔn)），代表產(chǎn)品是AMD公司代號(hào)為Fuji的GPU芯片（下圖）；而其第二代的HBM2技術(shù)也在2016年被JEDEC協(xié)會(huì)采納（JED235A標(biāo)準(zhǔn)），代表產(chǎn)品是nVidia公司的Tesla P100芯片。目前，第三代的HBM3技術(shù)也在開(kāi)發(fā)過(guò)程中，并將用于未來(lái)的DDR5芯片上。
HBM技術(shù)可以把最多8層DRAM的Die堆疊起來(lái)，并通過(guò)TSV（Through-Silicon Vias：硅通孔）技術(shù)和內(nèi)存控制器通過(guò)相應(yīng)的Interposer互聯(lián)起來(lái)。在HBM接口中，內(nèi)存控制器和和不同的Die間采用獨(dú)立的Channel進(jìn)行互聯(lián)，各個(gè)Channel間互相沒(méi)有關(guān)系，因?yàn)榭梢赃M(jìn)行獨(dú)立的時(shí)序設(shè)計(jì)以提高數(shù)據(jù)傳輸速率。比如在采用4層Die堆疊、每個(gè)Die有2個(gè)Channel、每個(gè)Channel有128bit寬度時(shí)，如果采用4顆芯片，則總的數(shù)據(jù)位寬= 4（Stack）*4（Die）*2（Ch）*128（bit）= 4096bit。
關(guān)鍵詞：DDR5
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宇芯有限公司自成立以來(lái)，我們專(zhuān)注于代理國(guó)內(nèi)外各大知名品牌的半導(dǎo)體元器件，代理品牌有NETSOL、JSC、everspin、來(lái)?xiàng)頛yontek、ISSI、CYPRESS等多個(gè)品牌總代理資質(zhì)，主要產(chǎn)品線為sram、mram、psram等其他存儲(chǔ)器芯片，致力于為客戶提供具有競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的產(chǎn)品，是一家專(zhuān)業(yè)提供存儲(chǔ)方案解決商。
很多人會(huì)把DDR5和顯卡上使用的GDDR5技術(shù)混淆，其實(shí)兩者應(yīng)用場(chǎng)合不同。下面這張圖展示了目前三種主流內(nèi)存技術(shù)（DDR、GDDR、LPDDR）的速度對(duì)比和應(yīng)用場(chǎng)合。
DDR（Double Data Rate）是用于系統(tǒng)的RAM技術(shù)，其特點(diǎn)是高帶寬、低延時(shí)。DDR總線每個(gè)Channel是64bit寬度，每根Data的管腳（DQ）可以進(jìn)行讀操作或?qū)懖僮鳎ú煌瑫r(shí)）。目前的最新標(biāo)準(zhǔn)是DDR4，數(shù)據(jù)線可以支持到3200MT/s，而DDR5是未來(lái)的技術(shù)，數(shù)據(jù)速率會(huì)再翻倍。
GDDR（Graphics Double Data Rate），是用于顯示的RAM技術(shù)，其特點(diǎn)是高帶寬、高延時(shí)。GDDR5技術(shù)實(shí)際來(lái)源于DDR3，只不過(guò)降低了電壓，減少了位寬（但支持更多Channel），通過(guò)數(shù)據(jù)編碼和讀寫(xiě)線分開(kāi)提高了數(shù)據(jù)速率（3G~6GT/s）。GDDR5已經(jīng)使用了將近10年，目前最新的標(biāo)準(zhǔn)是GDDR6。
從數(shù)據(jù)速率上來(lái)說(shuō)，GDDR更高，適合顯示圖像這種需要大數(shù)據(jù)量傳輸而對(duì)時(shí)延不太敏感的場(chǎng)合；而DDR技術(shù)由于延時(shí)小，所以更適合于CPU這種數(shù)據(jù)隨機(jī)讀取的場(chǎng)合。
據(jù)內(nèi)部可靠消息，由于DDR5的數(shù)據(jù)速率已經(jīng)達(dá)到甚至超過(guò)了現(xiàn)在一些串行總線的數(shù)據(jù)速率，所以DDR5芯片的接收端還會(huì)采用在串行總線上廣泛應(yīng)用的可變?cè)鲆娣糯笃鱒GA（variable gain amplifier）、可變Delay（通過(guò)DLL實(shí)現(xiàn)）以及4階DFE（decision feedback equalizer）均衡技術(shù)以?xún)?yōu)化采樣位置和眼圖的質(zhì)量。下圖是DDR5芯片接收端的設(shè)計(jì)架構(gòu)。
另外，DDR5還會(huì)采用HBM的封裝以提高內(nèi)存芯片的密度和通道數(shù)。High Bandwidth Memory (HBM) 技術(shù)最早來(lái)源于AMD、Hynix、UMC、Amkor、ASE等公司，是一種高速的3D封裝的RAM接口技術(shù)。第一代的HBM技術(shù)在2013年被JEDEC協(xié)會(huì)采納（JESD235標(biāo)準(zhǔn)），代表產(chǎn)品是AMD公司代號(hào)為Fuji的GPU芯片（下圖）；而其第二代的HBM2技術(shù)也在2016年被JEDEC協(xié)會(huì)采納（JED235A標(biāo)準(zhǔn)），代表產(chǎn)品是nVidia公司的Tesla P100芯片。目前，第三代的HBM3技術(shù)也在開(kāi)發(fā)過(guò)程中，并將用于未來(lái)的DDR5芯片上。
HBM技術(shù)可以把最多8層DRAM的Die堆疊起來(lái)，并通過(guò)TSV（Through-Silicon Vias：硅通孔）技術(shù)和內(nèi)存控制器通過(guò)相應(yīng)的Interposer互聯(lián)起來(lái)。在HBM接口中，內(nèi)存控制器和和不同的Die間采用獨(dú)立的Channel進(jìn)行互聯(lián)，各個(gè)Channel間互相沒(méi)有關(guān)系，因?yàn)榭梢赃M(jìn)行獨(dú)立的時(shí)序設(shè)計(jì)以提高數(shù)據(jù)傳輸速率。比如在采用4層Die堆疊、每個(gè)Die有2個(gè)Channel、每個(gè)Channel有128bit寬度時(shí)，如果采用4顆芯片，則總的數(shù)據(jù)位寬= 4（Stack）*4（Die）*2（Ch）*128（bit）= 4096bit。
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