應(yīng)對高速DDR5模組的設(shè)計挑戰(zhàn)，Rambus推出DDR5串行檢測集線器和溫度傳感器

在DDR4出現(xiàn)十年之后，DDR5翩翩來遲。作為十年之久的換代，DDR5的設(shè)計上實現(xiàn)了諸多突破：新的通道設(shè)計、片內(nèi)ECC、片上PMIC、更多溫度傳感器乃至插槽缺口的位移等。新的設(shè)計規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，讓內(nèi)存容量、帶寬和傳輸速率得以大幅提升，但同時新的標(biāo)準(zhǔn)使得內(nèi)存條的設(shè)計復(fù)雜度增加。

相比DDR4，DDR5的DIMM上所需的和數(shù)據(jù)傳輸相關(guān)的關(guān)鍵芯片更多，其中包括寄存時鐘驅(qū)動器（RCD）、數(shù)據(jù)緩沖器（DB）外，串行檢測集線器（SPD Hub）；服務(wù)器級的內(nèi)存模組還需要在兩端添加溫度傳感器（TS）。

IDC預(yù)計到2023年底， DDR5的出貨量將會超過DDR4。面對旺盛的市場需求和DDR5更為復(fù)雜的設(shè)計要求，在DDR5 RCD和DB芯片發(fā)布一年之后，Rambus于近日發(fā)布了其DDR5 SPD Hub（SPD5118）和TS產(chǎn)品（TS5110），完善了其DDR5 DIMM芯片組合。這些芯片對于增強系統(tǒng)管理和熱控制至關(guān)重要，可以幫助實現(xiàn)高帶寬和高容量，同時優(yōu)化總體擁有成本。

DDR5：諸多關(guān)鍵變化帶來更高性能

據(jù)Rambus內(nèi)存互連芯片業(yè)務(wù)部門產(chǎn)品營銷副總裁John Eble介紹，雖然RDIMM和LRDIMM相對于DDR4的設(shè)計并沒有太多的變化，但是在DDR5模塊本身的配置卻有著重大的改變。諸多的關(guān)鍵變化幫助DDR5滿足了最新的技術(shù)要求。

首先是在通道架構(gòu)方面，DDR4模塊采用單一的內(nèi)存接口數(shù)據(jù)通道，具備72位總線，其中包含64個數(shù)據(jù)位和8個ECC位。而DDR5具有兩個40位寬的數(shù)據(jù)通道，每個通道包括32 個數(shù)據(jù)位和 8 個 ECC 位，以保持相同的ECC保護，并允許存儲元數(shù)據(jù)。每個模塊的額外通道不僅滿足了訪問粒度的要求，而且還增加了內(nèi)存效率和數(shù)據(jù)的并發(fā)性。

在數(shù)據(jù)通道的原始速度上，DDR4的最高數(shù)據(jù)傳輸速率為每秒3200MT/s，而DDR5的起始速率將達(dá)到4800MT/s，其設(shè)計的最高數(shù)據(jù)傳輸速率將達(dá)8400MT/s。

在突發(fā)長度方面，DDR4的突發(fā)斬波長度為四，突發(fā)長度為八。DDR5 的突發(fā)斬波和突發(fā)長度將擴展到八和十六，以增加突發(fā)有效負(fù)載。在突發(fā)長度為十六 (BL16) 的情況下，允許單個突發(fā)訪問 64 字節(jié)的數(shù)據(jù)（典型的 CPU 緩存行大?。?。

在命令/地址總線和時鐘方面，DDR4具有33個特定功能的引腳，運行單一數(shù)據(jù)速率的時鐘。為了在與DDR4相同的模塊引腳數(shù)下容納兩個獨立的命令/地址總線，DDR5的接口必須變得更加高效，因而DDR5為其兩個數(shù)據(jù)通道使用了單個時鐘。DDR5為每個命令/地址總線分配了10個引腳，每個總線運行雙倍數(shù)據(jù)速率，以進一步提高效率。

通過上述一系列的優(yōu)化，DDR5相比DDR DIMM在性能、容量和功耗方面實現(xiàn)了全面超越。除了上述提到的帶寬等優(yōu)勢外，DDR5 DIMM還具備更高的相關(guān)容量，每顆芯片的最大密度從DDR4的16Gb到DDR5的64Gb。因此對于使用單芯片封裝的DIMM來說，每個模塊的最大容量將從64GB增加到256GB，更高容量的DIMM還可以通過3D堆疊技術(shù)實現(xiàn)。

DDR5服務(wù)器性能優(yōu)化離不開SPD Hub和TS

服務(wù)器市場相比消費市場，對于性能的迫切性更高?？梢灶A(yù)期幾乎所有的服務(wù)器都會逐漸采用DDR5，在接下來的三個月到半年時間，預(yù)計也將看到更多支持DDR5的服務(wù)器處理器陸續(xù)上市。

而對于DDR5 RDIMM而言，除了RCD和DB之外，SPD Hub和溫度傳感器這兩顆芯片對于整個模組的性能提升至關(guān)重要。這兩顆芯片是服務(wù)器級DDR5模組實現(xiàn)電力輸送、系統(tǒng)管理和遙測技術(shù)的關(guān)鍵，進而也將影響到服務(wù)器的整體設(shè)計和性能改善。

下圖是一個非常典型的雙插槽服務(wù)器設(shè)計，每個插口都有一組DIMMs和PCIe插槽，可以填充SSD、網(wǎng)卡、加速器等。另外有一個底板管理控制器，可以通過各種接口與主板的所有組件進行通信。此外還有一系列的風(fēng)扇來管理散熱和溫度。

系統(tǒng)總線在服務(wù)器初始化時被大量使用，以發(fā)現(xiàn)接入的DIMMs，并執(zhí)行早期的內(nèi)存通道校準(zhǔn)。DDR5將系統(tǒng)總線從DDR4的I2C升級到了I3C，從而實現(xiàn)了運行頻率從1MHz到10MHz的十倍提升。為了支持這種更高的速率，就需要支持I3C接口的SPD Hub進行通信。

SPD Hub將總線隔離到控制器一側(cè)的單個DIMM，與主機進行通信。在目標(biāo)端點，SPD Hub可以與模塊上其他具有I3C接口的芯片（RCD、PMIC和獨立的熱傳感器等）進行通信。除了減少初始化時間，總線速度的提高也將支持更高的輪詢率和實時控制。該SPD Hub還包括串行存在檢測集線器，存儲了DIMM的非易失性配置信息，并具備熱傳感器。

相比消費級的DDR5內(nèi)存條，服務(wù)器級的DDR5模組對于溫度控制的要求更高，因此TS必不可少。每個RDIMM的兩端各布置了一個TS，通過I3C與SPD Hub進行通信。兩端的TS與SPD Hub中的內(nèi)置溫度傳感器一起，實現(xiàn)了RDIMM上三個空間點的溫度監(jiān)測數(shù)據(jù)，多個DIMMS一起就提供了服務(wù)器中大量的溫度情況信息。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。

DDR5 DIMM芯片組：加速內(nèi)存產(chǎn)品上市

由于DDR5設(shè)計規(guī)范上的巨大變化，設(shè)計DIMM內(nèi)存的難度比DDR4要更高一些。John Eble表示，由于高的數(shù)據(jù)傳輸效率所帶來的復(fù)雜性的進一步提高，所以對于整體的熱管理，還有包括信號完整性的管理提出了新的要求。

因此在DDR5時代，提供包含RCD、DB、SPD Hub和TS在內(nèi)的更完整的DIMM芯片組，就變得非常必要。這種芯片組可以降低客戶的設(shè)計、開發(fā)和驗證門檻，幫助加速實現(xiàn)產(chǎn)品上市。

Rambus在信號完整性、接口IP方面，有著非常深厚的技術(shù)積累，這是其技術(shù)護城河之一。在其DDR5 的成功的RCD和DB產(chǎn)品之后，新加入的SPD Hub和溫度傳感器作為內(nèi)存模塊上非常關(guān)鍵的兩個部件，能夠幫助實現(xiàn)服務(wù)器或PC當(dāng)中具體的系統(tǒng)配置的感知，反饋之后從而實現(xiàn)更好的整體系統(tǒng)優(yōu)化。

據(jù)John Eble介紹，新的更為完整的DDR5 DIMM芯片組，可以提供兩大優(yōu)勢。第一是能夠?qū)崿F(xiàn)更好的、更有效率的內(nèi)部驗證的過程。不論是芯片送去生產(chǎn)之前，以及在拿回生產(chǎn)芯片之后，DIMM芯片組的芯片都可以整合在一起，能夠?qū)崿F(xiàn)更好的質(zhì)量的校驗，確保整個芯片達(dá)到之前所設(shè)計的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)或速率的標(biāo)準(zhǔn)。

第二個主要優(yōu)勢是提供了更好的客戶體驗和一站式的質(zhì)量追溯。新SPD Hub和溫度傳感器發(fā)布，讓Rambus成為一個對客戶來說更重要和更有意義的供應(yīng)商?？蛻裟玫紻DR5的相關(guān)芯片之后，可以自己進行模組的整合。如果使用中間或后期有一些相關(guān)問題，只需找到Rambus一家，即可幫助他們解決所有出現(xiàn)的問題，這帶來了更好的用戶體驗，客戶的產(chǎn)品后期出現(xiàn)問題也可以實現(xiàn)一站式追溯。

John Eble表示，內(nèi)存接口芯片本身是為了解決主機內(nèi)存控制器和DIMMs之間的信號完整性問題。Rambus在整個數(shù)據(jù)信號完整性、電源完整性和功率完整性方面，有超過30多年豐富的經(jīng)驗，可以給到客戶非常多的價值。為降低客戶的設(shè)計復(fù)雜度，提升可靠性和成功率，Rambus的在模組設(shè)計和系統(tǒng)設(shè)計方面已經(jīng)實現(xiàn)了早期的系統(tǒng)驗證，以確保這些設(shè)計留出余量。

此外，Rambus還和CPU廠商保持著非常密切的合作，完成了大量的早期工作。例如在CPU廠商的參考平臺上進行模擬和驗證工作，通過CPU廠商與生態(tài)系統(tǒng)分享DDR5 DIMM的設(shè)計。

總結(jié)

DDR5正處于爬升階段，面臨著巨大的市場機遇，生態(tài)內(nèi)更需要一個可靠、高性能的DDR5 DIMM芯片組，來幫助內(nèi)存廠商加速DDR5 DIMM產(chǎn)品上市。

和先進DRAM產(chǎn)品在市場的滲透步伐一致，Rambus的發(fā)展策略也是先關(guān)注數(shù)據(jù)中心的各項應(yīng)用，開發(fā)出一系列領(lǐng)先的解決方案，然后逐步向更廣泛的市場去推廣。

Rambus大中華區(qū)總經(jīng)理蘇雷表示，作為行業(yè)領(lǐng)先的DDR5 RCD接口芯片的補充，新推出SPD Hub和溫度傳感器兩款芯片產(chǎn)品使得Rambus不但在服務(wù)器內(nèi)存模塊市場拓展了產(chǎn)品組合，也為Rambus在消費級內(nèi)存模塊市場開辟了一個新的機遇。