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DDR5内存标准正在制定:DDR5内存、DDR4内存、DDR3内存区别

2017-04-05
类别:业界动态
eye 1532
文章创建人 拍明



内存标准制定组织JEDEC周四表示,新一代DDR5内存的规格制定工作已经开始,计划明年定稿。


据悉,用于服务器和台式PC上的DDR5内存速度将是DDR4内存的两倍之多,执行效率也更高。


同时,针对智能手机以及笔记本电脑等对续航有更高要求的设备,还会推出低电压版的LPDDR5内存。


虽然看起来DDR5内存非常值得期待,但分析师却对其前景并不看好,反而认为DDR内存时代将在DDR4生命周期结束时谢幕。


分析师认为,DDR5会首先被应用于服务器和高端PC领域,随后才会逐渐向下普及。但近些年,无论是大型服务器还是游戏PC,其设计都没有根本性的变化,DDR4内存依旧可以满足需求。所以内存和主板厂商升级DDR5的动力并不充足。


另一方面,随着Intel傲腾这样的新一代存储技术推出,DDR内存的地位正在被取代。


就连JEDEC自己也正在制定名为NVDIMM-P替代传统DDR内存的新一代整合式存储标准。


据JEDEC介绍,NVDIMM-P是一种很久性的存储器,其将易失性DRAM和非易失性DRAM芯片整合在一起,然后插入DIMM插槽。这种新型存储器未来主要针对数据库应用。


DDR5内存介绍

DDR5内存目前业界并不存在,内存处在DDR4普及的时代。而现在为大家津津乐道的DDR5,其实就是GDDR5显存。从显卡问世以来,显存就在不断地发展。单是GDDR时代,就有GDDR1、GDDR2、GDDR3和GDDR4。就在近,全新的GDDR5显存全面上市,它相比老一代的显存有速度更快、功耗更低、带宽更高等优势。一时间,许多玩家和用户都将焦点集中在了它上面。各种说法也随之而来,有人错误的说:GDDR3和GDDR5之间,就没什么区别,就是频率高点。也有人错误的说:GDDR5显存的显卡多数都搭配128bit显存位宽,性能还不如GDDR3,256bit的。


GDDR5内存时代

在2008年,芯片厂商其实就已经意识到GDDR3的显存频率难以再往上大幅提升,ATI和JEDEG(国际内存标准的制定组织)制定了GDDR4颗粒标准,并在Radeon X1950XTX/HD2900XT/HD2600XT/HD3870等显卡上率先使用了GDDR4显存配置。但由于只有ATI单方面推广,NVIDIA方面依然专注GDDR3产品,因此内存芯片厂商对于GDDR4没有表现出很高的兴趣。而GDDR4至今仍然得不到重用的原因在于GDDR4未能解决功耗和成本问题,而且带宽提升并不显著以及显存延迟问题明显,与同频率的GDDR3相比性能不升反降。

GDDR5内存

三星显存颗粒

因此,在08年的7月,AMD将目标重新锁定在GDDR5上,在当时新一代的Radeon HD4870产品上率先采用GDDR5显存颗粒,在保持256bit显存位宽不变的情况下,大幅提升了显存频率,消除了困扰多年的带宽瓶颈。

GDDR5显存显卡产品已经成为市场主流

而奇梦达、三星、hynix等厂商均开始了GDDR5显存颗粒的研发与生产,从发展趋势来看,采用GDDR5显存的显卡在2009将占据20%的市场份额。

AMD从HD4000系列开始,主流产品均配备GDDR5显存,早的是2008年11月上市的Radeon HD4870, 和后期相继发布的Radeon HD4890/4750/4770以及新一代旗舰核心RV870和主流HD5000系列的相关产品。NVIDIA从2009年11月份发布张搭配GDDR5显存颗粒的显卡开始,产品规划上也已经采用GDDR5显存的产品。

从2010年开始,采用GDDR5显存的显卡产品已渐成为市场主流。


GDDR5内存与GDDR3内存

1、速度不同-频率可达6.4GHz以上,GDDR5比GDDR3快2倍以上

在GDDR5与GDDR3的诸多不同中,显存频率的高低是为明显的。GDDR3的频率高可达2200MHz,而GDDR5的峰值频率却可以达到7000MHz,甚至更高。相信许多朋友会问,为什么GDDR5可以运行在比GDDR3更高的频率上呢?

目前市售显卡中快的显存是0.4ns的GDDR5,频率可达6000MHz

如果直接引用白皮书的专业名词,相信大家一定会看的云里雾里。简单地说:是2倍于GDDR3的数据预取量和DQ并行总线,使GDDR5显存的实际速度快了一倍。所谓的数据预取技术实际上和快餐店备餐的原理差不多,从GDDR2到GDDR4时代,显存的预取数据为4bit(也就是提前准备了4份快餐)。需要调数据的请求一到(食客下单了),显存就把这4bit的数据送上去;而GDDR5由于使用了更为先进的算法,预取的数据达到了8bit(8份快餐),当要求到来,它可以一下子将2倍于GDDR3的数据量提交上去。速度自然快了1倍。

不仅如此,GDDR5显存还使用了DQ并行双总线,相当于提供了在原来的基础上多加了一条通道,而以前的GDDR3显存却只有一条通道。如此折算下来,GDDR5的速度可达GDDR3的4倍以上,5000MHz的高频自然不足为奇。

2、功耗更低-GDDR5比GDDR3节能20%

毫无疑问,相比GDDR3或GDDR4显存颗粒而言,GDDR5显存颗粒大的亮点就是拥有更高的带宽,但显存频率的提升,也增加了芯片功耗,这会制约显卡性能的发挥。从技术标准来看,GDDR3显存颗粒的工作电压为1.8V,GDDR5显存电压仅有1.5V,还具有很好的电源管理技术,功耗自然更低。不仅如此,GDDR3使用的多为80nm制程,而GDDR5为55nm,制程的提高,使芯片的体积大大缩小,发热量也可以低许多。

3、 带宽更高-GDDR5配128bit显存,仍比GDDR3配256bit快

根据公式,显存带宽=显存频率×显存位宽/8,以市售599元的昂达GT240神戈为例,其显存频率达了4000MHz。其带宽=4000MHz x 128bit /8,而GDDR3版本、显存频率在1800MHz的GT240,其带宽=1800MHz x 128bit /8 。前者依靠是后者2.22倍的显存频率,获得了极大的带宽优势。即使面对的256bit的显卡,也可以凭借高频率的优势获得性能上的领先。

在芯片相同的情况下,GDDR5版本的GT240,会比GDDR3版本的快28.9%,而当频率进一步提高(650/4000MHz),两者的差距会拉到38%。此时,GDDR5版本的高频GT240,在性能上比256bit的96GT高24%,甚至接近了芯片性能更高的98GT。这一切的根源都来自于GDDR5优异的性能。


DDR4内存介绍

DDR4内存是新一代的内存规格。2011年1月4日,三星电子完成史上条DDR4内存。

DDR4相比DDR3大的区别有三点:16bit预取机制(DDR3为8bit),同样内核频率下理论速度是DDR3的两倍;更可靠的传输规范,数据可靠性进一步提升;工作电压降为1.2V,更节能。

DDR4内存

DDR4内存数据规格

DDR4内存的标准规范仍未终定夺。三星这条样品属于UDIMM类型,容量为2GB,运行电压只有1.2V,工作频率为2133MHz,而且凭借新的电路架构高可以达到3200MHz。相比之下,DDR3内存的标准频率高仅为1600MHz,运行电压一般为1.5V,节能版也有1.35V。仅此一点,DDR4内存就可以节能多40%。

根据此前的规划,DDR4内存频率高有可能高达4266MHz,电压则有可能降至1.1V乃至1.05V。

三星表示,这条DDR4内存使用了曾出现在高端显存颗粒上的“PseudoOpenDrain”(虚拟开漏极)技术,在读取、写入数据的时候漏电率只有DDR3内存的一半。

三星称,2010年12月底已经向一家控制器制造商提供了这种DDR4内存条的样品进行测试,并计划与多家内存厂商密切合作,帮助JEDEC组织在2011年下半年完成DDR4标准规范的制定工作,预计2012年开始投入商用。


DDR3内存介绍

DDR3是一种计算机内存规格。它属于SDRAM家族的内存产品,提供了相较于DDR2 SDRAM更高的运行效能与更低的电压,是DDR2 SDRAM(同步动态动态随机存取内存)的后继者(增加至八倍),也是现时流行的内存产品规格。

DDR3预借机

DDR3内存技术概论

CWD是作为写入延迟之用,Reset提供了超省电功能的命令,可以让DDR3 SDRAM内存颗粒电路停止运作、进入超省电待命模式,ZQ则是一个新增的终端电阻校准功能,新增这个线路脚位提供了ODCE(On Die Calibration Engine)用来校准ODT(On Die Termination)内部终端电阻,新增了SRT(Self-Reflash Temperature)可编程化温度控制内存时脉功能,SRT的加入让内存颗粒在温度、时脉和电源管理上进行优化,可以说在内存内,就做了电源管理的功能,同时让内存颗粒的稳定度也大为提升,确保内存颗粒不致于工作时脉过高导致烧毁的状况,同时DDR3 SDRAM还加入PASR(Partial Array Self-Refresh)局部Bank刷新的功能,可以说针对整个内存Bank做更有效的资料读写以达到省电功效。


DDR3内存新型设计

1.8bit预取设计,而DDR2为4bit预取,这样DRAM内核的频率只有等效数据频率的1/8,DDR3-800的核心工作频率(内核频率)只有100MHz。

2.采用点对点的拓扑架构,以减轻地址/命令与控制总线的负担。

3.采用100nm以下的生产工艺,将工作电压从DDR2的1.8V降至1.5V,增加异步重置(Reset)与ZQ校准功能。


DDR3内存性能优势

(1)功耗和发热量较小:吸取了DDR2的教训,在控制成本的基础上减小了能耗和发热量,使得DDR3更易于被用户和厂家接受。

(2)工作频率更高:由于能耗降低,DDR3可实现更高的工作频率,在一定程度弥补了延迟时间较长的缺点,同时还可作为显卡的卖点之一,这在搭配DDR3显存的显卡上已有所表现。

(3)降低显卡整体成本:DDR2显存颗粒规格多为16M X 32bit,搭配中高端显卡常用的128MB显存便需8颗。而DDR3显存颗粒规格多为32M X 32bit,单颗颗粒容量较大,4颗即可构成128MB显存。如此一来,显卡PCB面积可减小,成本得以有效控制,此外,颗粒数减少后,显存功耗也能进一步降低。

(4)通用性好:相对于DDR变更到DDR2,DDR3对DDR2的兼容性更好。由于针脚、封装等关键特性不变,搭配DDR2的显示核心和公版设计的显卡稍加修改便能采用DDR3显存,这对厂商降低成本大有好处。

DDR3显存在新出的大多数中高端显卡上得到了广泛的应用。 许多低端的显卡也有采用DDR3显存的。


与DDR2比较

1.突发长度(Burst Length,BL):由于DDR3的预取为8bit,所以突发传输周期(Burst Length,BL)也固定为8,而对于DDR2和早期的DDR架构系统,BL=4也是常用的,DDR3为此增加了一个4bitBurst Chop(突发突变)模式,即由一个BL=4的读取操作加上一个BL=4的写入操作来合成一个BL=8的数据突发传输,届时可通过A12地址线来控制这一突发模式。而且需要指出的是,任何突发中断操作都将在DDR3内存中予以禁止,且不予支持,取而代之的是更灵活的突发传输控制(如4bit顺序突发)。

2.寻址时序(Timing):就像DDR2从DDR转变而来后延迟周期数增加一样,DDR3的CL周期也将比DDR2有所提高。DDR2的CL范围一般在2~5之间,而DDR3则在5~11之间,且附加延迟(AL)的设计也有所变化。DDR2时AL的范围是0~4,而DDR3时AL有三种选项,分别是0、CL-1和CL-2。另外,DDR3还新增加了一个时序参数——写入延迟(CWD),这一参数将根据具体的工作频率而定。

3.DDR3新增的重置(Reset)功能:重置是DDR3新增的一项重要功能,并为此专门准备了一个引脚。DRAM业界很早以前就要求增加这一功能,如今终于在DDR3上实现了。这一引脚将使DDR3的初始化处理变得简单。当Reset命令有效时,DDR3内存将停止所有操作,并切换至少量活动状态,以节约电力。 在Reset期间,DDR3内存将关闭内在的大部分功能,所有数据接收与发送器都将关闭,所有内部的程序装置将复位,DLL(延迟锁相环路)与时钟电路将停止工作,而且不理睬数据总线上的任何动静。这样一来,将使DDR3达到节省电力的目的。

4.DDR3新增ZQ校准功能:ZQ也是一个新增的脚,在这个引脚上接有一个240欧姆的低公差参考电阻。这个引脚通过一个命令集,通过片上校准引擎(On-Die Calibration Engine,ODCE)来自动校验数据输出驱动器导通电阻与ODT的终结电阻值。当系统发出这一指令后,将用相应的时钟周期(在加电与初始化之后用512个时钟周期,在退出自刷新操作后用256个时钟周期、在其他情况下用64个时钟周期)对导通电阻和ODT电阻进行重新校准。

5.参考电压分成两个:在DDR3系统中,对于内存系统工作非常重要的参考电压信号VREF将分为两个信号,即为命令与地址信号服务的VREFCA和为数据总线服务的VREFDQ,这将有效地提高系统数据总线的信噪等级。

6.点对点连接(Point-to-Point,P2P):这是为了提高系统性能而进行的重要改动,也是DDR3与DDR2的一个关键区别。在DDR3系统中,一个内存控制器只与一个内存通道打交道,而且这个内存通道只能有一个插槽,因此,内存控制器与DDR3内存模组之间是点对点(P2P)的关系(单物理Bank的模组),或者是点对双点(Point-to-two-Point,P22P)的关系(双物理Bank的模组),从而大大地减轻了地址/命令/控制与数据总线的负载。而在内存模组方面,与DDR2的类别相类似,也有标准DIMM(台式PC)、SO-DIMM/Micro-DIMM(笔记本电脑)、FB-DIMM2(服务器)之分,其中第二代FB-DIMM将采用规格更高的AMB2(高级内存缓冲器)。 面向64位构架的DDR3显然在频率和速度上拥有更多的优势,此外,由于DDR3所采用的根据温度自动自刷新、局部自刷新等其它一些功能,在功耗方面DDR3也要出色得多,因此,它可能首先受到移动设备的欢迎,就像先迎接DDR2内存的不是台式机而是服务器一样。在CPU外频提升迅速的PC台式机领域,DDR3未来也是一片光明。Intel所推出的新芯片-熊湖(Bear Lake),其将支持DDR3规格,而AMD也预计同时在K9平台上支持DDR2及DDR3两种规格。



责任编辑:Davia

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标签: DDR5内存 内存

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