Работаем в штатном режиме

Пятое поколение оперативной памяти DDR5

Пятое поколение оперативной памяти DDR5 17 Декабря 2021

DDR5 SDRAM (англ. Double Data Rate Synchronous Dynamic Random Access Memory) является пятым поколением синхронной динамической памяти, обладающим удвоенной скоростью передачи данных, увеличенной емкостью и уменьшенным энергопотреблением по сравнению с модулем памяти предыдущего поколения DDR4 SDRAM.


В 2017 году разработку DDR5 SDRAM начала компания JEDEC, и к участию в этом процессе были привлечены крупнейшие в мире производители систем полупроводниковой памяти и разработчики архитектур под наборы микросхем. 6 октября 2020 года компанией SK Hynix 6 был представлен для тестирования первый модуль памяти нового поколения. По результатам тестов DDR5 оказалась способна поддерживать передачу данных на скорости в 4800-5600 Мбит/с на контакт (что превышает аналогичный базовый показатель DDR4 в 1,8 раз), работать с уровнем напряжения, сокращенным с 1,2 до 1,1 В (что положительно влияет на ее энергоэффективность). Помимо этого, в функционал памяти нового поколения была включена поддержка корректировки ошибок ECC. На рынок DDR5 SDRAM вышла в 2021 году.

Эволюция DDR

Первым поколением модернизированной оперативной памяти было ОЗУ DDR (или DDR 1), на базе которого разрабатывались более быстродействующие и эффективные поколения. В настоящее время в работе большинства современных ПК и серверов задействуется оперативная память DDR4, не имеющая обратной совместимости - то есть при необходимости установки DDR4 на компьютер или сервер с ОЗУ DDR3 потребуется ставить на оборудование и более совершенную обновленную материнскую плату. Точно так же компьютер с современной материнской платой не сможет задействовать морально и технически устаревшую оперативную память DDR3 или DDR2.

Переход с DDR4 на DDR5 требует выпуска компаниями Intel и AMD материнских плат, которые окажутся способны к поддержке нового протокола оперативной памяти. При этом DDR5 позволит масштабировать каждый уровень до 16 Гбит на кристалл (всего до 64 Гбит) и реализует два 40-битных канала (32 бита данных + 8 битов ECC) в рамках каждого модуля DIMM, а число контактов на каждый канал памяти останется прежним - 280 единиц. Контроллер питания в DDR5 перенесен на плату, в дополнение к 8n появился режим 16n-prefetch. Емкость модулей DDR5 (представленных SK Hynix и произведенных по технологии Through-Silicon-Via) может достигать 256 ГБ.

DDR 5

Помимо перечисленных отличий от DDR4, модули памяти DDR5 характеризуются наличием:

  • встроенной на интегральном уровне микросхемы управления питанием (PMIC), регулирующей мощности для каждого комплектующего в модуле - DRAM, регистра, концентратора SPD. При этом DDR5, используемые в серверах, оснащаются PMIC с энергопотреблением 12 В, а для модулей класса ПК предусмотрены PMIC, рассчитанные на 5 В. Благодаря этому происходит оптимальное распределение мощностей, повышается целостность сигнала и сокращается процент шумового загрязнения;
  • концентратора SPD - устройства, которое объединяет энергонезависимую память (EEPROM), входящую в функционал последовательной идентификации модуля памяти (SPD), с вспомогательным функционалом концентратора. Это устройство также отвечает за управление доступа к внешнему контроллеру и за распределение нагрузки между внешними и внутренними шинами памяти;
  • ключа модуля, подходящего под разъемы только DDR5. Ключи модуля в разработанном недавно ОЗУ делятся на два типа - для UDIMM и RDIMM;
  • функции On-Die ECC (Error Correction Code), позволяющей устранять битовые ошибки в микросхеме DRAM и тем самым снизить риск утечки данных, связанный с дефектами в микросхемах. Вне микросхем (когда проблему нужно решать уже с серверами и рабочими станциями) для быстрого исправления одно- или многобитных ошибок более продуктивными окажутся специальные модули памяти класса ECC с дополнительными битами DRAM;
  • дополнительных датчиков температуры, установленных на модулях RDIMM и LRDIMM DDR5 серверного класса и позволяющих выполнять максимально точный контроль охлаждения системы;
  • увеличенного числа блоков памяти (с 16 до 32) и длины серийной очереди (8 до 16), что делает работу шины более эффективной и сокращает число операций чтения/записи, позволяющих работать с одними и теми же строками данных в кэше;
  • системы эквализации обратной связи по принятию решений (DFE), благодаря которой сохраняется целостность сигнала в модуле и повышается его пропускная способность.

Кроме того, DDR5 дополнен командой SAME-BANK Refresh. Она также работает на рост показателей производительности и эффективности, что достигается путем обновления только одного банка памяти в конкретной группе банков (а не всей группы, как в DDR4).

Стоит ли переходить на новую память уже сейчас

Несмотря на то, что DDR5 обладает серьезными конструктивными преимуществами и прямой корреляцией производительности с частотой памяти, однозначно говорить о переходе на новую память пока рано. Это связано с совместимостью DDR5 только с компьютерами, оснащенными процессорами Intel Core 12-го поколения (Intel Core i9-12900K, Core i7-12700K и Core i5-12600K, а также с их «KF»-модификациями) и материнскими платами с сокетом LGA 1700.

Однако наличие технологии ЕСС, нужной в серверах, оправдывает переход на DDR5.

Что ожидает DDR5 в ближайшем будущем

Перспективы востребованности DDR5 связаны с появлением процессоров AMD на базе архитектуры Ryzen 7000 (Zen 4) - их выпуск ожидается в 4 квартале 2022 года; причем стоимость обновленного стандарта оперативной памяти будет напрямую зависеть от стоимости Ryzen 7000. Доступной для массового покупателя память нового поколения станет не раньше 2023-2024 года.

Предположительный анализ роста DDR5 от аналитиков компании Yole Developments

Какие серверы поддерживают новую память

На сегодняшний день поддержка DDR5 возможна только для серверов, работающих на процессорах Intel Xeon Scalable поколения Sapphire Rapids и AMD EPYC Genoa. В дальнейшем поддерживать новую память смогут и серверы, оснащенные процессорами Zen 3+, Zen 4 и Alder Lake. При этом Alder Lake, который будет состоять из ядер Golden Cove и Gracemont, станет одновременно работать с DDR5 и DDR4 (при условиях установки новой материнской платы).

Новые модули памяти, благодаря своей большой емкости и производительности, станут оптимальным решением для приложений обработки данных в системах искусственного интеллекта и высокопроизводительных вычислений.