DDR5 SDRAM

Sünkroonne dünaamiline muutmälu 5 ehk DDR5 SDRAM (inglise keeles double data rate 5 synchronous dynamic random-access memory) on sünkroonse dünaamilise muutmälu kategooria, mis on edasiarendus selle eelkäijast DDR4 SDRAM-ist. Selle standardi avaldas standardiorganisatsioon JEDEC 20. juulil 2020.

DDR5 eelised selle eelkäija ees on suurem taktsagedus, parem andmeedastuskiirus (1.6-3-2 Gbit/s versus 4.8-6.4 Gbit/s), madalam toitepinge (1,2 V versus 1,1 C). DDR5 puhul tullakse tagasi kahe kanaliga arhitektuuri juurde, mis on 40 biti laiused, kus 32 biti on andmed ja 8 ECC bitid.

Arendus ja turundus

JEDECi logo

2017. aastal alustas JEDEC organisatsioon koostööd suurte DRAMi-tootjatega, et luua uus DDR5-standard. 2018. aastal avaldati esimesed andmed DDR5 tehniliste spetsifikatsioonide kohta.

2018. aastal avaldas mälukiibitootja SK Hynix maailma esimese DDR5-ga ühilduva RAM-mooduli, mida tootja lubas esialgselt turule tuua aastal 2019. Standard DDR5 SDRAM kuulutati välja 20. juulil 2020.

DDR5 tootmine osutus plaanitust raskemaks. Põhiprobleem on teiste tootjatega kooskõlastamine, et mälud töötaksid nii emaplaatidega kui ka protsessoritega korralikult. AMD on lubanud oma protsessorite toetust uutele mäludele alates 2022. aastast ja Intel on teatanud, et nende lähiajal välja tulevad 12. generatsiooni Alder Lake lauaarvutiprotsessorid toetavad DDR5-mälusid. Uuringufirma Omdia ennustab, et 2022. aastal kasutab DDR5-mälusid 22% arvutitest ja 2024. aastal juba 43%.Standard DDR5 SDRAM kuulutati välja 20. juulil 2020.

Kuid on tekkinud spekulatsioone, et DDR5-mälumoodulite müüki paiskamine tavatarbija turule jõuab kätte varem, kui oodatud. Hiina ajakiri XFastest jagas 2021. aasta aprillis pilte DDR5-mälumoodulitest Cruciali poolt, kus komponendid olid jaemüügipakendites.

Cruciali mälumoodulid töötavad taktsagedusel kuni 6400 MHz, omavad CAS latentsust väärtuses 40, on tööpingega 1,1 V ja nende UDIMM-i maht on 8 GB ja nende SODIMM on 32 GB.

DDR5 vs DDR4

DDR mälude võrdlus

Võrreldes DDR4-ga, mille andmeedastuslagi on 3,2 Gbit/s taktsagedusel 1,6 GHz, toob DDR5 50% andmeedastuskiiruse tõusu jõudes kuni 6,4 Gbit/s-ni.

DDR5 vähendab ka tööpinget 0,1 voldi võrra, saavutades töövoolu 1,1 volti ja selle voolujuhtimine toimub mälumoodulis endas võrreldes varasemaga, kus seda tegi emaplaat. Kuna voolujuhtimine toimub (ingl power managment IC) DIMM-s, siis see abistab hoida stabiilset signaali ja juhtida voolu võimalikult efektiivselt.

Üks suurimaid eelistusi on uue DIMM arhitektuuri kanal. Kui DDR4 puhul on üks 72-bitine siin, koosnedes 64 andmebitist ja kaheksast ECC bitist, siis DDR5-l on iga DIMM-i jaoks kaks kanalit. Mõlemad kanalid on 40 biti laiused, koosnedes 32 andmebitist ja kaheksast [ECC bitist. Kasutades kahte eraldiseisvat kanalit muutub andmejuurdepääsu tõhusus paremaks.

DDR5 toetab suurema mahukusega DRAM-i. DDR4 maksimaalne RAM-i suurus ühe RAM-i pulga kohta on 16 Gb, DDR5 toetab suurusi kuni 64 Gb.

Mälu ajastuse poolest pole palju edasiarendusi, sest DDR5 omab sama latentsust, mis oli DDR4-l, kuid andmete arv, mida edastatakse ühes andmete ülekandest, on kahekordistatud kaheksa pealt kuueteistkümnele. See võimaldab ühel andmepurskel saada juurdepääsu kuni 64 baiti andmetele, tuues märkimisväärse tõusu mälu efektiivsuses.

DDR5 disaini raskused

Uuele standardile üleminek on toonud kaasa väljakutseid tootjatele. Üks neist väljakutsetest, mida on tõdenud tootja Micron, on vooluregulatsioon, mis on emaplaadi pealt liikunud DIMM-i peale.

Teiseks on signaali stabiilsuse tagamine suuremate kiiruste juures. Seni pole kõik tootjad veel valmis tagama pikemaajalist stabiilset kasutust nende DDR5 Ramidel.

Kuna kanalite arhitektuur on muutunud, siis on tootjatel väljakutse, et andmesiin oleks efektiivselt kasutatud.

DDR5 SDRAM-i füüsiline kirjeldus

DDR5 RAM pulgad kasutavad sama arvuga tihvte nagu selle eelkäija 288.Tihvtide paigutus on aga teistsugune, mistõttu pole need tagasiühilduvad ja DDR5-moodulid ei ole kasutatavad DDR4-moodulite pesas.

Kui DDR4 kasutas 16 mälupangaga struktuuri, mis rühmitati neljaks, siis DDR5 täiendatud disain koosneb 32 mälupangast, mis on rühmitatud kaheksaks.

DDR5 SDRAM töökirjeldus

Kui CPU annab kirjutamise/lugemise käsu, siis soovitud rida on käivitatud ja kopeeritud rea puhvrisse vastaval mälupangal. Iga füüsiline aadress on süsteemis kaardistatud spetsiifilisele kanalile/DIMM-le ja andmepuhvritesse. Lugemise ja kirjutamise käsud väljastatakse aktiivsele reale kiirete pursete režiimis.

Rida on eellaetud ja varustab mälumassi. Lugemise/kirjutamise soov on väljastatud juhtsiinil ja andmed tagastatakse kui on tegemist lugemise sooviga. Kui tegemist on kirjutamise sooviga, siis andmed saadetakse mööda andmesiini koos kirjuta käsuga.

DDR5 SDRAM kasutab veaparandust (ECC), veakontrolli (ECS) funktsioone, et tabada vigu ja kirjutab üle parandatud andmetega, kui viga toimub. Mälukontrollerid väljastavad perioodiliselt värskenduskäsud, et ei kaotaks andmeid.

DDR5 Samsung

JEDEC oli DDR5 standardi väljakuulutamisel teatanud, et andmeedastus kiirused ulatuvad kuni 6400 Mbit/s, aga 2020. aasta jaanuaris väitis Samsung, et nende DDR5 Ram moodulid ulatuvad kuni 7200 Mbit/s, mis on üle standardi piiride. Lisaks sellele on Samsung väidetavalt loonud RAM pulga, mis on 512 Gb ja see moodul koosneb 32 16 Gb kiibist, mis on ehitatud 10 nm protsessiga. Samsung väidab, et nende DDR5-moodulid tarbivad 13% vähem voolu kui teised DRAM-moodulid, mis aitavad andmekeskustel kasutada vähem elektrit.

Ajalugu

DRAM jaotatakse sünkroonseks dünaamiliseks muutmäluks ja asünkrooniliseks dünaamiliseks muutmäluks (EDO DRAM).

Kui Intel tõi turule oma Celeroni protsessorid ja AMD K6-protsessori, siis EDO DRAM ei suutnud sissetulevaid ja väljaminevaid signaale piisavalt efektiivselt sünkroonida, mistõttu SDRAM arendas kiiresti EDO DRAM, kuna välissiini taktsagedus CPU protsessoril suurenes 100 MHz pealt 133 MHz peale.

Intel Celeron

2000. aastal oli DDR SDRAM kiirustega, mis olid kahekordsed ja kasutas vähem energiat, mistõttu asendas see standardi SDRAM. 2003. aastal kuulutas Intel välja plaani arendada edasi DDR2 SDRAM, mis vähendas tööpinge 2,5 voldilt 1,8 voldile, saavutas suuremad andmekiirused ja suurema taktsageduse, mis ületas varasemat limiiti 400 MHz. Sellega loobuti kasutamast TSOP pakette ja võeti kasutusele FBGA paketid

DDR2 SDRAM

2007. aastal avaldas JEDEC organisatsioon DDR3 SDRAM, mis vähendas tööpinge 1,8 voldilt 1,5 voldile, suurendades taktsageduse 800 MHz pealt 1600 MHz peale.

2014. aasta lõpus tulid turule DDR4-mälumoodulid, mis vähendasid tööpinge 1,2 voldini ja töötasid taktsagedusel 2133 MHz.

Tehnoloogia arenguga ja tootjate, nagu AMD ja Intel, võistlemise tagajärjel tekkis oht, et mälu võib saada uueks pudelikaelaks tehnoloogia arengul, mistõttu 2017. aastal hakkas JEDEC välja töötama uut standardit. 2018. aastal avaldati tehnilised spetsifikatsioonid.