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DDR5 值得注意的一些主要功能
Synopsys 高级技术营销经理 Vadhiraj Sankaranarayanan
介绍
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公司数据中心到注重功耗/面积的移动应用中的事实存储器。这一切要归功于 DDR 的高密度，其采用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。JEDEC 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 目前正在开发标准 DDR 类别中的最新一代 DDR5，并且根据维基百科消息：“截至 2019 年 9 月，此类产物的标准 还等待JEDEC确定，预计在于 2020 内年发布。” 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 2020 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的片上系统 (SoC) 中。
标准 DDR 概览
具备高密度和高性能的标准 DDR DRAM 有各种型号和外形尺寸，并支持 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，因为除支持 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，从而获得更高密度的 DIMM 并支持更高的 RAS（可靠性、可用性、可维护性）功能。同时还能缩短此类应用在存储器发生故障时的停机时间。基于其他 8 bit 和 16 bit DRAM 的 DIMM 较为便宜，所以此类产物广泛用于在台式机和笔记本电脑中。与此同时，应用还可以将这些存储器当作分立式 DRAM 使用。因此 当它与其他 DDR 类别相比时，标准 DDR 通道宽度的灵活性就是最大的优势。
DDR5 的主要功能
DDR5 高性能新增特征包括：突发长度增加到 16 拍，出色的刷新/预充电方案可实现更高的性能，提高通道利用率的双通道 DIMM 架构、DDR5 DIMM 上集成了稳压器、为实现更高性能而增加的存储区分组，以及命令/地址片内端接电阻 (ODT）等。表 1 DDR5 和 DDR4 DRAM/DIMM 高级功能对比。
表 1：DDR5 对比 DDR4 DRAM/DIMM
除性能更高之"外，DDR5 还引入多种 RAS 功能，以保持通道提速后的稳定性。这些实现了较高 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。以下内容对这些功能进行了逐个说明。
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。
强化 RAS 的片上 ECC
DDR5 DRAM 为每 128 位数据设置 8 位的 ECC 存储空间。从而使得片上 ECC 成为一种强大的 RAS 功能，可以保护存储器阵列免受单个数位错误的影响。
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 打开了局面，可以保护通道免受符号间干扰 (ISI) 的影响，增加了裕量，并实现了更高的数据速率。
RD/WR 数据的循环冗余校验 (CRC)
DDR4 仅支持写数据使用 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。
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，以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。
总结
设计人员在为自己的设计选择最佳片外存储器技术，以满足目标应用的要求时，有很多选择。DDR 已成为应用了很多代的事实技术，每一代的数据速率都实现了翻倍增长，从 400 Mbps 的 DDR 发展到了 6400 Mbps 的 DDR5。DDR5 有望提供更高的密度（包括双通道 DIMM 拓扑），旨在随着内核数量的增加而提高通道效率和性能。这些优势对于适合服务器、云计算、网络、笔记本电脑、台式机和消费类应用的 SoC 最为重要。
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。Synopsys 提供了经过硅验证的 DDR 存储器接口 IP 产物组合，可实现 DDR5/4/3/2、LPDDR5/4/4X/3/2，以及 HBM/HBM2E DRAM 或 DIMM。DesignWare? DDR IP 全套解决方案包括控制器、主流和先进的 FinFET 工艺中的集成硬宏 PHY，以及验证 IP。Synopsys 除了帮助设计人员运用我们日益坚实的专业知识，满足自身独特的高性能应用要求之"外，还提供信号完整性/电源完整性分析、验证模型、原型设计和仿真支持。
如需了解 LPDDR5，请阅读设计人员应了解的 LPDDR5 主要功能。
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