A JEDEC publicou o padrão de memória JESD79-5 DDR5 final que atende aos requisitos de DRAM dos sistemas cliente e servidor que servirão nos próximos anos. O novo tipo de memória aumenta significativamente o desempenho, melhora a eficiência, quadruplica a capacidade máxima de memória por dispositivo, reduz o consumo de energia e melhora a confiabilidade.
“Com vários novos modos de desempenho, confiabilidade e economia de energia implementados em seu design, o DDR5 está pronto para oferecer suporte e ativar as tecnologias de próxima geração”, disse Desi Rhoden, presidente do Comitê de Memória JC-42 e vice-presidente executivo de tecnologia de montagem.
“A tremenda dedicação e esforço por parte de mais de 150 empresas membros da JEDEC em todo o mundo resultou em um padrão que aborda todos os aspectos da indústria, incluindo requisitos de sistema, processos de fabricação, design de circuitos e ferramentas de teste e simulação, aprimorando bastante os desenvolvedores ‘ habilidades para inovar e avançar em uma ampla gama de aplicações tecnológicas. ”
O número crescente de núcleos de CPU exige uma maior largura de banda de memória do sistema (para manter a largura de banda por núcleo, pelo menos no nível atual), bem como uma maior capacidade de memória.
Os controladores de memória modernos podem suportar até dois módulos DRAM por canal devido a limitações de integridade do sinal (sem o uso de LRDIMMs ou outras soluções em buffer), portanto, a capacidade de DIMM é o que define hoje a capacidade de memória por caixa. Enquanto isso, como os servidores agora podem empregar de 16 a 48 módulos de memória, a DRAM se torna um contribuidor tangível para o consumo geral de energia; portanto, a redução deste último é obrigatória para novos padrões de memória.
“A computação de alto desempenho requer memória que possa acompanhar as crescentes demandas dos processadores atuais”, disse Joe Macri, CTO de computação e gráficos da AMD. “Com a publicação do padrão DDR5, a AMD pode projetar melhor seus produtos para atender ao futuro. demandas de nossos clientes e usuários finais “.
Capacidade quádrupla
A especificação DDR4 define dispositivos de memória com capacidade de até 16 Gb, o que limita a capacidade de RDIMMs com classificação octal de nível de servidor que usam pilhas de 4-Hi 16 Gb a 256 GB. Devido ao custo proibitivamente alto e ao desempenho previsivelmente baixo, nenhum fabricante de módulos produz RDIMMs DDR4 de 512 GB hoje, mas os módulos de 256 GB estão disponíveis há algum tempo. O novo padrão DDR5 oferece suporte para DRAMs de 24 Gb, 32 Gb e 64 Gb, o que eventualmente permitirá que os fabricantes construam módulos de memória de servidor com tamanhos enormes usando pilhas de 16-Hi 64 Gb (pense em 4 TB) em um futuro distante.
Os PCs clientes também aproveitarão o novo padrão, pois os notebooks mais sofisticados poderão acomodar mais DRAM devido à maior capacidade por dispositivo (assumindo que as DRAMs de alta capacidade sejam suportadas pelas CPUs clientes). No lado do módulo, veremos DIMMs de 48 GB e 64 GB de face única / de classificação única para desktops e laptops nos próximos anos.
Dobrar taxas de dados
“O DDR5, desenvolvido com um esforço significativo em todo o setor, marca um grande avanço na capacidade de memória, oferecendo pela primeira vez um salto de largura de banda de 50% no início de uma nova tecnologia para atender às demandas de IA e computação de alto desempenho” disse Carolyn Duran, vice-presidente do grupo de plataformas de dados, GM – Memory e IO Technologies da Intel.
Além de quadruplicar a capacidade máxima por dispositivo, o DDR5 traz melhorias substanciais no desempenho. As velocidades de transferência de dados suportadas pelo novo padrão começam em 4,8 Gbps e escalam oficialmente até 6,4 Gbps. Enquanto isso, a SK Hynix já indicou planos para aumentar as velocidades de E / S do DDR5 para 8,4 Gbps por pino, mostrando um grande potencial que o novo padrão possui para os overclockers.
Em uma tentativa de suportar taxas de transferência de dados bastante extremas e permitir escalabilidade a longo prazo, os desenvolvedores da especificação implementaram uma série de inovações, como terminação na matriz, DFE (equalização do feedback da decisão) para eliminar o ruído reflexivo em altas velocidades de E / S e modos de treinamento novos e aprimorados.
Melhorando a eficiência para o DDR5
Para aumentar a eficiência das leituras de memória, o DDR5 aprimora o comprimento do burst para 16 bytes para sistemas com uma linha de cache de 64 bytes e opcionalmente para 32 bytes para máquinas que apresentam uma linha de cache de 128 bytes. Para melhorar ainda mais o desempenho, o DDR5 oferece melhores esquemas de atualização, além de uma maior contagem de grupos de bancos com o mesmo número de bancos por grupo.
Enquanto o DDR5 herda um fator de forma do módulo de 288 pinos do DDR4, a arquitetura do DIMM muda drasticamente (assim como a pinagem). Cada módulo DDR5 possui dois canais de 32/40 bits totalmente independentes (sem / ou com ECC) com seu próprio endereço de 7 bits (Add) / Command (Cmd), bem como barramentos de dados. Normalmente, os canais ‘mais estreitos’ tendem a oferecer uma melhor utilização, portanto, dois canais independentes por módulo provavelmente aumentarão a largura de banda do mundo real fornecida pelo módulo.
De acordo com a Micron, o DDR5 pode oferecer largura de banda de memória efetiva até 36% maior em comparação com o DDR4, mesmo na mesma velocidade de E / S, devido a melhorias na arquitetura.
Cortando o consumo de energia
O consumo de energia da DRAM é importante para clientes e servidores; portanto, o DDR5 reduz a tensão de alimentação da memória para 1,1 V com um intervalo de flutuação permitido de 3% (ou seja, a ± 0,033V) e introduz modos adicionais de economia de energia. Devido a uma taxa de flutuação baixa muito permitida, todos os módulos DDR5 – tanto para clientes quanto para servidores – virão com seus próprios módulos de regulação de tensão e CIs de gerenciamento de energia para garantir energia limpa, o que aumentará levemente seus custos. Para DIMMs regulares, esse aumento pode ser notável, mas para as pessoas que compram terabytes de DRAM por soquete no espaço do servidor, os custos adicionais de VRMs e PMICs dificilmente serão importantes.
Em geral, VRMs e PMICs no módulo simplificarão o design das placas-mãe, o que será bom para plataformas com dezenas de slots de memória. Enquanto isso, será interessante ver como os fabricantes de módulos de memória de nível entusiasta se diferenciam com reguladores de tensão superiores e velocidades de E / S mais altas.
Melhorando rendimentos e RAS nas DDR5
Criar dispositivos de memória com capacidade de 16 GB ou 64 GB com relógios altos e taxas de transferência de dados de até 6,4 Gbps por pino é complicado para os fabricantes de DRAM. Para melhorar os rendimentos e a estabilidade geral, o DDR5 introduz uma correção automática de erro de bit único na matriz (SEC) que corrige possíveis erros antes de enviar dados ao controlador. No nível do sistema, o DDR5 continua a oferecer suporte ao ECC baseado em códigos de Hamming para detectar erros de bit duplo.
Além disso, o DDR5 oferece suporte à função ECS (verificação de erros e lavagem) que permite detectar possíveis falhas de DRAM antecipadamente e evitar ou reduzir o tempo de inatividade. O ECS atende às demandas de clientes em superescala executando dezenas de milhares de servidores e deseja desesperadamente reduzir seus custos de manutenção e reduzir o tempo de inatividade.
Chegando em 2021-2022
Tradicionalmente, o JEDEC publica novos padrões DRAM bem antes de sua fruição comercial. Como sabemos de fontes não oficiais, AMD, IBM e Intel estão trabalhando em plataformas de suporte a DDR5 para servidores que estarão disponíveis a partir do final de 2021. Enquanto isso, a JEDEC diz que os dispositivos clientes compatíveis com DDR5 chegarão ao mercado depois das plataformas de servidor.
Para acelerar o design, o desenvolvimento e a qualificação das plataformas baseadas em DDR5 da próxima geração, a Micron lançou hoje seu Programa de Capacitação em Tecnologia DR5, juntamente com Cadence, Montage, Rambus, Renesas e Synopsys. Os participantes qualificados do programa poderão obter dispositivos e módulos DDR5, componentes de módulos (DDR5 RCD, DDR5 DB, DDR5 SPD-Hub, DDR5 PMIC, sensor de temperatura DDR5 etc.), folhas de dados, modelos elétricos e térmicos, bem como consulta sobre integridade do sinal e outro suporte técnico.
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