为个人电脑和数据中心服务器更好地利用DDR5 DRAM打开了大门，昨天Rambus宣布将SPD（串行存在检测）集线器和温度传感器芯片用作DDR5内存模块芯片组的一部分。

该公告与该公司今天直播的2022年第三届Rambus设计峰会虚拟活动相一致。

在这篇文章中，我们深入研究了新芯片的细节，研究了DDR4和DDR5 DRAM之间的关键差异，并分享了我们对Rambus存储器接口芯片产品营销副总裁John Eble的采访中的见解。

 

集线器和传感器完成DDR5接口芯片组

SPD集线器和温度传感器这两个新芯片补充了Rambus的DDR5注册时钟驱动器（RCD）芯片，这三个设备共同构成了DDR5内存模块的接口芯片组。DDR5 RCD IC于2021年10月发布。

 

For this DDR5 memory module, the interface chipset consists of an SPD Hub, an RCD, and two Temperature Sensors.

对于此DDR5内存模块，接口芯片组由一个SPD集线器、一个RCD和两个温度传感器组成。

 

Rambus表示，SPD集线器和温度传感器是DDR5内存模块上的关键设备，用于感测系统配置和热管理的重要数据并将其报告回主机处理器。

SPD集线器设计用于服务器和客户端内存模块，包括SODIMMS、UDIMM和RDIMM。同时，温度传感器设计用于服务器RDIMM。

 

服务器需求和DDR5标准

由于DRAM标准往往会持续多年，因此新标准必须与当前和未来的计算趋势保持一致。例如，Eble说，DDR5的前身DDR4已经存在了近10年，预计还会存在至少10年。

当然，内存容量和传输带宽仍然是DDR标准中最基本的要求，Eble说。在处理器方面，我们已经过了CPU供应商在时钟速度、IPC（处理器间通信）和线程方面进行斗争的时代。Eble说，现在一切都是为了增加处理器核心的数量。

 

“现在的大趋势是可以装入处理器插槽的内核数量。现在内存带宽容量必须与内核数量成比例。我认为这正是推动新DDR5标准的真正原因。”

 

另一个棘手的要求是使服务器能够保持与以前的标准相同的内存访问粒度。这意味着在64字节的高速缓存行基础上执行内存事务。

Eble表示，另一个需求是，DRAM模块的错误率必须非常低，并且您需要能够从错误中恢复过来，或者知道何时出现错误。

这意味着必须同时纠正单个错误和检测双重错误，才能在模块故障的DRAM中幸存下来。Eble说，能够从中恢复过来也是一项要求。

 

The DDR5 standard was crafted to keep pace with these demanding requirements from today’s server designs.

DDR5标准旨在满足当今服务器设计的这些苛刻要求。

 

随着处理器的竞争速度越来越快，散热是一个持续的挑战。数据中心服务器的设计需要去除热量，并保持在其功率范围内。Eble说，DIMM通常被设计为每个DIMM大约15瓦，这仍然是基于DDR5设计的目标。

他说：“我们需要提高效率，这样，当我们使用更高的内存带宽时，功率或多或少保持不变。”。温度传感器有助于实现这一点。在DDR系统中使用这种传感器并不是什么新鲜事，但在DDR5时代，它们具有了新的重要性。

根据Eble的说法，你看到的这些高级内存接口的另一个关键需求是，它们需要大量的“训练”。在这种情况下，训练意味着系统启动时需要大量的设置，这些步骤需要在合理的时间内完成。这就是为什么DDR5从我2.C到更快的I3.Eble说，C作为它的信号接口。

 

DDR4和DDR5之间的差异

除了支持更快的数据速率和时钟速率外，DDR5标准与前代DDR4之间还有几个关键区别。下表描述了这些差异。重要的是，虽然DDR4是每个DIMM的单通道体系结构，但DDR5实现了每个DIMM 2个通道。Eble说，从内存控制器的角度来看，这个额外的通道给了你一定程度的并行性。“效率和处理高负载的能力很重要。因此，在负载情况下，你应该看到DDR5有更好的延迟，”他说。

 

与DDR4相比，DDR5在性能、容量和低功耗方面具有许多优势。（点击图片放大）

 

Eble表示，DDR5中对CA（命令/地址）总线的更改是一件大事。使用分组化协议来实现每通道10位DDR CA总线。这提供了足够的CA带宽，以便在数量较少的DIMM引脚中启用两个通道。

Eble表示，DDR5的实际容量增长来自于将单芯片封装DRAM的最大尺寸从16Gb增加到64Gb。这意味着，对于双组x4 DIMM，DIMM的最大容量将从64 GB移动到256 GB。如果你需要更多，Eble指出，有DRAM供应商正在构建DRAM的堆叠配置。他说，DDR5的寻址方案从最高8个高电平变为16个高电平。

DDR5还提高了电源效率。在DDR5中，I/O电压从1.2V降低到1.1V。同时，在DDR5中将CA总线从SSTL式信令变为PODL（伪开漏逻辑），这与数据总线相同。Eble说：“这有一个很好的特点，当所有的比特都停得很高时，你就不会从传输线中获得静电。”。

 

详细信息：SPD集线器和温度传感器IC

根据Eble的说法，由新的SPD集线器和温度传感器组成的新芯片组，加上之前宣布的RCD IC，代表了Rambus内存模块接口的一种新方法。他说，到目前为止，该公司的存储器接口业务专注于信号完整性芯片，这有助于增加存储器模块的带宽。这种新的芯片组采用了更系统级的方法来提高性能并支持DDR标准，在这种情况下是DDR5。

就其自身而言，SPD集线器芯片是JEDEC为DDR5定义的设备。根据Eble的说法，SPD集线器满足或超过了JEDEC DDR5 SPD集线器的所有操作要求（根据JEDEC规范JESD300-5A）。

新型SPD集线器（SPD5118）的特点包括：

  • 我2.C和I3.C总线串行接口支持
  • 扩展NVM（非易失性存储器）空间，用于客户特定的应用
  • 低延迟以最大化I3.C总线费率
  • 集成温度传感器

Eble说：“SPD代表‘串行存在检测’，以前的JEDEC DDR标准中也有SPD，但这种新设备有点像瑞士军刀，可以作为模块的网关。”与过去的SPD设备一样，它包含定义DIMM关键参数的非易失性配置信息。

SPD集线器使系统能够发现内存的类型、容量和时间。该数据通过I共享3.基于C的系统管理总线。以前使用的DDR标准I2.C.“SPD集线器也起到I的作用3.Eble说：“因此，它在某种程度上对系统隐藏了DIMM上的负载，使其运行更快。”SPD集线器在其中集成了自己的高精度温度传感器。这使系统能够检查DIMM该区域的温度。

 

在DDR5 DIMM上，SPD集线器使用I与温度传感器、RCD和PMIC通信3.C总线。（点击图片放大）

 

另一个新宣布的芯片是温度传感器（TS5110）。该设备同样由JEDEC为DDR5标准定义。Eble说，它的设计旨在满足或超过JEDEC DDR5温度传感器的所有操作要求（根据JEDEC规范JESD302-1.01）。

温度传感器是一个独立的I3.C传感器设备。Eble说，这些设备可以放置在DIMM上其他空间不同的位置。使用其中两个传感器（如上图所示），再加上SPD集线器，您可以在DIMM上获得多达三种不同的测量值。

根据Eble的说法，数据中心服务器的处理器可以以多种方式使用温度传感器数据。它可以用来调节风扇速度和噪音，这也有助于基于温度的可靠性。它可以改变DRAM的刷新率，所以你不必担心任何刷新错误，或者你可以节省电力。Eble说，作为最后的手段，CPU可以决定节流带宽，直到温度下降。

SPD集线器（SPD5118）和温度传感器（TS5110）的产品简介均可下载。

 

DDR5：专为计算新时代打造

就像其前身DDR标准一样，DDR5的制作不仅要与当今的处理器和内存技术趋势保持一致，还要与未来的趋势保持一致。这种谨慎对于DDR5能够像其前身一样持续几十年至关重要。这意味着一种可以为处理器提供不断增加的内核数量的体系结构，以及其他考虑因素。这些新的Rambus芯片似乎将DDR5的优点付诸实践，希望数据中心服务器和高级PC的设计者能够利用这一点。

 

所有图片均由Rambus提供