为什么需要下一代DRAM?

原标题:为什么需要下一代DRAM?

近日,全球市场研究机构TrendForce集邦咨询发布了2020年十大科技趋势,预测了未来一年里半导体、通信技术、人工智能、新型显示、智能手机等领域的新技术和新趋势。

其中在半导体存储部分,集邦咨询表示,随着技术的发展,下一代DRAM(内存)DDR5/LPDDR5在2020年将进行导入与样本验证,并逐步面市。

内存是计算机和移动智能终端的重要组成部分,经历了长时间的竞争更替和路线选择之后,DRAM技术被稳定在以DDR技术为基础的发展路线上。从DDR到DDR2、DDR3,今天市面上比较普及的DRAM技术规格是DDR4/LPDDR4。

资料显示,相比现有产品,除了外形变化不大之外,DDR5带来了更高的带宽、更大的容量和更出色的安全性。

从原理上来看,DDR5是一种高速动态随机存储器,由于其DDR的性质,依旧可以在系统时钟的上升沿和下降沿同时进行数据传输。和DDR4一样,DDR5在内部设计了Bank(数据块)和Bank Group(数据组)。

和DDR4相比,DDR5在数据块和数据组的配置上更为宽裕。

在DDR4产品上,数据组的数量最高限制为4组,一般采用2组配置。在DDR5上,数据组的数量可以选择2组、4组到最高8组的设计,以适应不同用户的不同需求,并且还可以保证Bank数据块的数量不变。

这意味着整个DDR5的Bank数量将是DDR4的至少2倍,这将有助于减少内存控制器的顺序读写性能下降的问题。

除了数据组翻倍外,在预取值、减少总线压力、PDA模式、类双通道等多方面都有不同程度的创新或重新设计,这为DDR5实现更高带宽、更快速度和更好安全性打下基础。

得益于最新的技术,DDR5有可能带来单片32Gb的DDR5颗粒,这样单内存条支持的内存容量有可能提升至64~128GB。而规格上,目前DDR5的内存规格从DDR5 3200起跳,最高可到DDR5 6400。

各大厂商DDR5进展

虽然JEDEC(固态技术协会)关于DDR5的最终规范还没有完全确定,但这也挡不住国际大厂的热情。目前多家厂商都公布了自己的DDR5产品路线图和规划。

根据路线图来看,目前全球DRAM厂商中,包括三星、美光、SK海力士等厂商都提出了DDR5产品规划。其中三星、美光和SK海力士已经展示了自家旗下的DDR5颗粒,并开始小批量出货。

下面是各大厂商DDR5相关产品进展:

美光:

2018年5月,美光就联合Cadence展示了DDR5内存和内存控制器的样品。Cadence是全球顶尖的EDA厂商,本次推出的DDR5相关IP产品也是配合JEDEC即将发布的DDR5内存而来。Cadence的DDR5内存控制器测试芯片采用了TSMC的7nm工艺制造,搭配的内存则是美光的DDR5 4400 8Gb颗粒。

三星:

2018年7月,三星另辟蹊径展示了LPDDR5颗粒。相比DDR5内存而言,LPDDR5的基本技术原理和其类似,但是面向移动设备,在总线位宽、功能设计上做出了一些妥协,更注重高性能功耗比和低功耗、小尺寸。三星成功拿下了首个展示LPDDR5技术的桂冠。

SK海力士:

2018年11月,SK海力士推出了DDR5内存的样品。这款内存采用的芯片容量为16Gb,SK海力士宣称其完全按照JEDEC的DDR5规范开发(虽然现在也没公开)。

2019年2月,SK海力士又在国际固态电路会议上展示了旗下DDR5内存的相关开发进度。这次SK海力士带来的是最高端的DDR5 6400芯片的相关情况。SK海力士展示的是一款容量为16Gb的DDR5颗粒,有32个Bank和8个Bank Group,其接口传输速率为6400MT/s,电压依旧是1.1V,制造工艺也是之前介绍过的1Ynm,其内部具有四个金属层,芯片封装尺寸为76.22平方毫米。

TrendForce集邦咨询预计,DDR5产品真正的大规模应用应该在2020~2021年。事实上,届时英特尔、AMD和高通都应该推出了支持DDR5/LPDDR5的全新平台,消费级市场和高端市场届时或将全面切入DDR5时代。

为什么需要DDR5内存

从原厂的角度来看,DDR5内存从技术上已经做好了准备,一旦产业链配套的英特尔、AMD、高通等厂商做好准备,DDR5家族的产品就可以正式上市。

除了传统的台式电脑领域需要DDR5之外,笔记本电脑和智能手机也将对DDR5形成强大的需求。尤其在5G和AI等技术的快速普及下,快速传输和计算将成为庞大的刚需。

当然,未来降低功耗和提升性能一样重要,存储器制造商经常面对的挑战是必须不断地提供越来越高的性能水平,同时还得支援更高的电源效率,特别是在低功耗的DRAM领域。

这也是为什么三星会率先发布应用在智能手机和笔记本电脑上的LPDDR5的原因。

以速度和效能来看,三星12Gb LPDDR5比当今智能手机中所用的LPDDR4X行动存储器更快约1.3倍;LPDDR4X的速度为4.2Gbps。以12GB的容量来看,LPDDR5可以在1秒钟内传输44GB的数据,相当于12部全高解析(full HD)的影片。

从主要的功率消耗来看,即将全面商用的5G网络并不会消耗更多能量,但5G意味着将带来更快速的管线,让高端智能手机用户能够透过串流或档案传输,在其手机之间传输更多的资料,包括高质量视频等。

此外,智能手机上的AI技术也意味着设备将会进行更多的计算,而且在要求应用程序执行某些操作(例如影像识别)时不容许延迟,这将面对更高的带宽压力。

事实上,今年年初,JEDEC为最新的LPDDR标准进行升级,使其I/O速率较前一代标准大幅提升,让存储器传输速度增加一倍,目的就在于为智能手机、平板电脑和轻薄型笔记本电脑等移动终端提高速度与效率,而这也是未来的市场需求,也就需要下一代DRAM。

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