DDR5内存规范和关键特性
内存技术也经历着不断更新迭代，如今，双倍数据速率（ddr）同步动态随机存取存储器（sdram 或直接称为 dram）技术，已成为几乎所有从高性能企业数据中心到注重功耗/面积的移动应用中的普遍的存储器。这一切都要归功于ddr 的高密度特性，其采用了电容器作为存储元件的简单架构具有高性能、低延迟、高访问寿命以及低功耗等特点。
内存接口芯片是内存模组（又称内存条）的核心器件。作为服务器cpu 存取内存数据的必由通路，其主要作用是提升内存数据访问的速度及稳定性，满足服务器cpu 对内存模组日益增长的高性能及大容量需求。内存接口芯片应用于服务器内存条，在按技术进行的产品分类上遵循内存接口芯片技术标准，主要为 jedec（微电子产业的标准机构）之ddr 标准，例如ddr2，ddr3，ddr4，ddr5 等。
jedec（固态技术协会）定义中开发了三种 ddr 标准：标准ddr、移动 ddr 和图形 ddr，来帮助设计人员满足对内存的要求。jedec 目前在 ddr 类别中的一代是ddr5。随着jedec技术协会发布存储器标准ddr5 sdram的最终规范，这将标志着计算机存储器开发的一个重要里程碑。自90年代末以来，ddr的版本一直在驱动pc，服务器以及所有产品之间的发展，ddr5再次扩展了ddr内存的功能，使峰值内存速度提高了一倍，同时也大大增加了内存大小。
ddr5 将以较之 ddr4 更低的 i/o 电压 (1.1v) 和更高的密度（基于 16gb dram 晶粒）支持更高的数据速率（高达 6400 mb/s）。ddr5 dram 和双列直插式存储模块 (dimm) 有望于今年投放市场。
本文概述了 ddr5 dram 的几个主要功能，设计人员可以将其部署在服务器、云计算、网络、笔记本电脑、台式机和消费类应用等类型的片上系统 (soc) 中。
什么是标准 ddr？具备高密度和高性能的标准 ddr dram 有各种型号和外形尺寸，支持 4 (x4) 或 8 (x8) 或 16 (x16) 位的数据宽度。终端应用可以将这些存储器用作分立式 dram 或 dimm。
dimm 是一款带有多个 dram 芯片的印刷电路板 (pcb) 模块，支持 64 或 72 位数据宽度。72 位 dimm 称为纠错码 (ecc) dimm，除支持 64 位数据外，还支持 8 位 ecc。
服务器、云和数据中心应用通常使用基于 4 个 dram 的 72 个 ecc dimm，在获得更高密度的 dimm 的同时还可支持更高的 ras（可靠性、可用性、可维护性）功能。除此之外，这样的ecc dimm还能缩短此类应用在存储器发生故障时的停机时间。
对比其他 8 bit 和 16 bit dram 的 dimm 来说，这种方案价格较为便宜，所以此类产品被广泛用于台式机和笔记本电脑中。与此同时，还可以将这些存储器当作分立式 dram 来使用。因此，与其他 ddr 类别方案相比时，标准 ddr 通道宽度的灵活性就是其的优势。
ddr5 究竟有什么魅力？与 ddr4 相比，ddr5 新增特征包括：突发长度增加到16拍，其出色的刷新/预充电方案可实现更高的性能，可提高通道利用率的双通道 dimm 架构，可在ddr5 dimm 上集成稳压器，可增加的存储区分组，以及可命令/地址片内端接电阻 (odt）等多种优势。表1将 ddr5 和 ddr4 dram/dimm 的功能进行了对比。
表1：ddr5 对比 ddr4 dram/dimm
除性能更强之外，ddr5 还引入多种 ras 功能，以保持通道提速后的稳定性。这些 ddr5 通道稳定性的功能包括：占空比调节器 (dca)、片上 ecc、dram 接收 i/o 均衡、rd 和 wr 数据的循环冗余校验 (crc) 以及内部 dqs 延迟监控。以下是对这些功能的详细说明：
1. 用于补偿占空比失真的占空比调节器 (dca)占空比调节器支持主机通过调节 dram 内部的占空比来补偿所有 dqs（数据选通）/dq（数据）引脚上的占空比失真。因此，dca 功能巩固了读取数据的稳定性。
2. 强化 ras 的片上 eccddr5 dram 为每 128 位数据设置 8 位的 ecc 存储空间，使得片上 ecc 具有强大的 ras 功能，可以保护存储器阵列免受单个数位错误的影响。
3. dram 获得 dq 均衡以增加裕量ddr5 dram 和 lpddr5 dram 一样，也支持 wr 数据均衡。该功能在 dram 端为 wr dq 打开了新的局面，不仅可以保护通道免受符号间干扰 (isi) 的影响，增加裕量，还可实现更高的数据速率。
4. rd/wr 数据的循环冗余校验 (crc)ddr4 仅支持写数据使用的 crc，而 ddr5 将 crc 的适用范围扩展到读数据，从而提供额外保护，避免通道出错。
5. 内部 dqs 延迟监控内部 dqs 延迟监控机制支持主机调整 dram 延迟来补偿电压和温度变化。以 ddr5 速度运行的主机可以使用此功能定期重新训练通道，补偿 dram 中延迟引起的 vt 变化。
6. ddr5带来的挑战从ddr的发展图中可以看到，ddr的传输速率在成倍提升，而其迭代速度也在不断加快。
ddr5的速率超过8.4gt/s，达到了前代ddr4速率的两倍。更高的速率，带来出色性能的同时，不可避免的提升了设计的困难。
ddr信号较多，走线较为密集，随着信号速率的增加，传输线之间的串扰也会随之增加。
除了串扰外，抖动也是不能被忽视的问题。
由于传输线的频率选择特性，频率越高，传输线的插入损耗也会随之增加，信号的衰减和码间干扰的现象也会更加严重。
总结为满足目标应用的要求，设计人员在为自己的设计选择片外存储器技术时ddr 已成为了必选技术方案之一。从的400 mbps 的 ddr 发展到了当今的 6400 mbps 的 ddr5，每一代 ddr 的数据速率都翻倍增长。
随着内核数量的增加，ddr5 提供了更高的密度（包括双通道 dimm 拓扑），从而保证通道效率和其性能，这些优势对于适合服务器、云计算、网络、笔记本电脑、台式机和消费类等应用的 soc 重要。无论设计人员选择哪种 ddr dram 技术，都必须在 soc 中部署兼容的接口 ip 解决方案，以实现与 dram 之间的必要连接。
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jedec（固态技术协会）定义中开发了三种 ddr 标准：标准ddr、移动 ddr 和图形 ddr，来帮助设计人员满足对内存的要求。jedec 目前在 ddr 类别中的一代是ddr5。随着jedec技术协会发布存储器标准ddr5 sdram的最终规范，这将标志着计算机存储器开发的一个重要里程碑。自90年代末以来，ddr的版本一直在驱动pc，服务器以及所有产品之间的发展，ddr5再次扩展了ddr内存的功能，使峰值内存速度提高了一倍，同时也大大增加了内存大小。
ddr5 将以较之 ddr4 更低的 i/o 电压 (1.1v) 和更高的密度（基于 16gb dram 晶粒）支持更高的数据速率（高达 6400 mb/s）。ddr5 dram 和双列直插式存储模块 (dimm) 有望于今年投放市场。
本文概述了 ddr5 dram 的几个主要功能，设计人员可以将其部署在服务器、云计算、网络、笔记本电脑、台式机和消费类应用等类型的片上系统 (soc) 中。
什么是标准 ddr？具备高密度和高性能的标准 ddr dram 有各种型号和外形尺寸，支持 4 (x4) 或 8 (x8) 或 16 (x16) 位的数据宽度。终端应用可以将这些存储器用作分立式 dram 或 dimm。
dimm 是一款带有多个 dram 芯片的印刷电路板 (pcb) 模块，支持 64 或 72 位数据宽度。72 位 dimm 称为纠错码 (ecc) dimm，除支持 64 位数据外，还支持 8 位 ecc。
服务器、云和数据中心应用通常使用基于 4 个 dram 的 72 个 ecc dimm，在获得更高密度的 dimm 的同时还可支持更高的 ras（可靠性、可用性、可维护性）功能。除此之外，这样的ecc dimm还能缩短此类应用在存储器发生故障时的停机时间。
对比其他 8 bit 和 16 bit dram 的 dimm 来说，这种方案价格较为便宜，所以此类产品被广泛用于台式机和笔记本电脑中。与此同时，还可以将这些存储器当作分立式 dram 来使用。因此，与其他 ddr 类别方案相比时，标准 ddr 通道宽度的灵活性就是其的优势。
ddr5 究竟有什么魅力？与 ddr4 相比，ddr5 新增特征包括：突发长度增加到16拍，其出色的刷新/预充电方案可实现更高的性能，可提高通道利用率的双通道 dimm 架构，可在ddr5 dimm 上集成稳压器，可增加的存储区分组，以及可命令/地址片内端接电阻 (odt）等多种优势。表1将 ddr5 和 ddr4 dram/dimm 的功能进行了对比。
表1：ddr5 对比 ddr4 dram/dimm
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1. 用于补偿占空比失真的占空比调节器 (dca)占空比调节器支持主机通过调节 dram 内部的占空比来补偿所有 dqs（数据选通）/dq（数据）引脚上的占空比失真。因此，dca 功能巩固了读取数据的稳定性。
2. 强化 ras 的片上 eccddr5 dram 为每 128 位数据设置 8 位的 ecc 存储空间，使得片上 ecc 具有强大的 ras 功能，可以保护存储器阵列免受单个数位错误的影响。
3. dram 获得 dq 均衡以增加裕量ddr5 dram 和 lpddr5 dram 一样，也支持 wr 数据均衡。该功能在 dram 端为 wr dq 打开了新的局面，不仅可以保护通道免受符号间干扰 (isi) 的影响，增加裕量，还可实现更高的数据速率。
4. rd/wr 数据的循环冗余校验 (crc)ddr4 仅支持写数据使用的 crc，而 ddr5 将 crc 的适用范围扩展到读数据，从而提供额外保护，避免通道出错。
5. 内部 dqs 延迟监控内部 dqs 延迟监控机制支持主机调整 dram 延迟来补偿电压和温度变化。以 ddr5 速度运行的主机可以使用此功能定期重新训练通道，补偿 dram 中延迟引起的 vt 变化。
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