На конференции Hot Chips 33 компания Samsung представила последнее достижение в области оперативной памяти DDR5 — 8-слойный модуль DRAM на 512 гигабайт со скоростью передачи данных 7,2 Гбита/с.
Экспериментальное производство таких микросхем уже началось. Сейчас идёт тестирование первых партий, а в продажу они должны поступить до конца 2021 года. А дальше — планки памяти на 768 ГБ и 1 терабайт.
DDR5 DRAM — пятое поколение оперативной памяти, эволюционное развитие предыдущих поколений DDR. Первую память нового поколения представила SK hynix 6 октября 2020 года.
Первая в мире память DDR5 (SK hynix, октябрь 2020)
В этих модулях скорость передачи данных заявлена в 4800-5600 Мбит/с на контакт (в 1,8 раза больше DDR4), напряжение питания уменьшено с 1,2 до 1,1 В, что повышает энергетическую эффективность, добавлена поддержка исправления ошибок ECC. Ёмкость модулей DDR5 от SK hynix достигает 256 ГБ.
Samsung объясняет, что скорость передачи данных в DDR5 повышена благодаря двум независимым подканалам памяти на каждый модуль. Длина пакета (burst length, BL) увеличивается с 8 до 16 линий (BL16). Более широкая шина означает лучшую пропускную способность, которая ещё больше увеличивается с применением технологий FGR (Fine Granularity Refresh) и SBR (Same Bank Refresh). Таким образом, максимальная скорость достигла 7200 Мбит/с.
Новая технология обеспечивает более высокую скорость передачи данных на пониженном напряжении благодаря новым схемам выравнивания. На иллюстрации ниже показана схема выравнивателя с обратной связью по решению (decision feedback equalization, DFE). В российской инженерной литературе такие выравниватели обозначаются аббревиатурой ВОСР.
С использованием ВОСР сигнал заметно очищается.
Одной из интересных инноваций DDR5 является то, что она позволяет использовать большее количество сквозных соединений типа TSV (Through-Silicon-Via). Это способ передачи данных и питания через все слои в стеке, он уже широко используется в различных областях проектирования микросхем, в том числе DDR4, хотя не все CPU поддерживали память DDR4 c TSV.
С DDR5 TSV становится стандартной и более распространённой технологией. Это означает улучшение технологии производства, уплотнение слоёв и производство модулей DRAM большей ёмкости. Samsung уже удвоила ёмкость до 512 ГБ, а теперь готовится вступить в эпоху терабайтных модулей памяти. Совсем недавно компания сообщила о разработке чипов ёмкостью 24 ГБ для модулей DDR5 объёмом 768 ГБ.
В новой памяти напряжение питания снижено с 1,2 до 1,1 В, а стабилизатор напряжения интегрирован прямо на микросхему (по центру).
Кроме того, в транзисторы таких микросхем впервые внедрили металлические затворы high-k (HKMG) вместо стандартных кремниевых. Это материалы типа диоксида циркония и диоксида гафния с диэлектрической проницаемостью (k) около 25, тогда как у диоксида кремния она 3,9. Более качественный материал ещё на 14% снижает общее энергопотребление.
Новая память позиционируется в первую очередь для серверов в дата-центрах, а не для домашних компьютеров. На серверах особенно важно наличие встроенной коррекции ошибок (on-die error correction code, ODECC), на которой акцентирует внимание производитель.
Через пару лет DDR5 придёт и на домашние ПК. Продажи модулей 512 ГБ начинаются через несколько месяцев. Ожидается, что их стоимость поначалу будет намного выше DDR4 — это премия за сложный техпроцесс, стекинг в 8 слоёв и сквозные каналы TSV.
Но со временем инновационные технологии станут стандартными, и цены уравняются. Samsung ожидает, что DDR5 обгонит DDR4 в 2023-2024 годах. Новую память будут поддерживать процессоры Intel Core 12-го поколения Alder Lake-S (конец 2021) и процессоры AMD на архитектуре Zen 4 (2022).
