芯东西（公众号：aichip001）
作者 |  ZeR0
编辑 |  漠影

芯东西9月10日报道，近日，知名半导体IP和芯片提供商Rambus分享了其进一步扩展的DDR5内存接口芯片组合，发布全新的DDR5 SPD Hub串行检测集线器、温度传感器芯片。

Rambus大中华区总经理苏雷表示，新产品的推出，使得Rambus不仅可以在服务器内存模块市场拓展了产品组合，也为其在消费级内存模块市场开辟了新的机遇。

Rambus成立于20世纪90年代，是一家业界领先的半导体IP和芯片提供商，总部位于加州，全球员工有700多名，拥有3000多项专利，在DDR5研发方面历史经验丰富。当前Rambus的主要业务分为基础专利授权、芯片IP授权和内存接口芯片，后续还会推出CXL各产品组合芯片。

Rambus大中华区总经理苏雷、Rambus内存互连芯片业务部门产品营销副总裁John Eble分别发表演讲，深入讲解了内存的六大技术要求，以及其DDR5设计的关键技术创新，并分享了他们所观察的行业发展趋势。

目前Rambus服务的主要市场有数据中心、5G、边缘计算、IoT和自动驾驶等，其中数据中心是Rambus的主要关注点，驱动了大部分的业务增长。苏雷说，Rambus的发展策略是首先通过关注数据中心的各项应用，开发出一系列领先的解决方案，然后逐步向更广泛的市场去推广。

一、关于内存，应考虑的六大技术要求

Rambus内存互连芯片业务部门产品营销副总裁John Eble谈道，关于内存的一些相关标准和需求可以持续5~10年，因此考虑所有的技术要求非常关键。

在John Eble看来，最关键的两大需求就是容量和带宽，两者必须成比例地扩展，这是推动内存子系统设计的最大趋势。

第三点需求是，处理器希望以高速缓存行为单位接收数据，所以内存通道上的内存请求的访问粒度必须保持在64字节。

第四点，数据和数据接口的可靠性必须与现有产品相同或更好，必须支持单错误校正和双错误检测，并有能力在任一DRAM损坏时保存数据。

第五点，扩展服务器性能的关键挑战是将热量从机箱中排出，并且控制温度的能力。为此，DIMM通常被设计为保持在约15瓦的功率运行。

最后，必须控制启动和内存训练的时间，以免影响预期的启动时间。

“这最后三个要求也是我们扩大产品组合，增加两款芯片的主要动机。”John Eble说。

二、补充DDR5 RCD实力，两款芯片新品技术优势详解

Rambus一直专注于接口芯片的信号完整性。其DDR5系列产品组合的两款新芯片中，串行检测集线器（SPD HUB）是多功能的，是通往DIMM模块的通信网关，温度传感器（TS）则负责在DIMM的不同位置提供高精度的温度信息。

这两款芯片都是对DDR5 RCD的补充，以提供最先进的带宽和容量，对于增强系统管理和热控制至关重要，可以帮助实现高带宽和高容量，同时优化总体拥有成本。

相对于DDR4的设计，Rambus在DDR5模块本身的配置有重大改变。下图对比了DDR5和DDR4 DIMMs的主要区别和优势，包括数据传输速率、通道架构、CA总线、突发长度（BL）等。

这些改变能够保证更大容量、更高的带宽，并降低加载延迟。

DDR4模块采用单一的内存接口通道，具备72位总线，包含64个数据位和8个ECC位；DDR5的通道架构分成两个数据通道，每个通道具备40位宽，包括32个数据位和8个ECC位，以保持相同的ECC保护，并允许存储元数据，每个模块的额外通道不仅满足了访问粒度的要求，而且还增加了内存效率和数据的并发性。

DDR4的突发斩波长度为四，突发长度为八。而DDR5的突发斩波和突发长度将扩展到八和十六，以增加突发有效负载，在突发长度为十六 （BL16）的情况下，允许单个突发访问64字节的数据，这是典型的CPU缓存行大小。

DDR4具有33个特定功能的引脚，运行单一数据速率的时钟。为了在与DDR4相同的模块引脚数下容纳两个独立的命令/地址总线，DDR5为其两个数据通道使用了单个时钟，给每个命令/地址总线分配了10个引脚，每个总线运行双倍数据速率，以进一步提高效率。

在数据通道的原始速度方面，DDR4的最高数据传输速率为每秒3200MT/s，DDR5的起始速率则将达到4800MT/s，其设计的最高数据传输速率将达8400MT/s。

另外，DDR5 DIMM具备更高的相关容量，每颗芯片最大密度从DDR4的16Gb增至DDR5的64Gb。对于使用单芯片封装的DIMM来说，每个模块的最大容量将从64GB增加到256GB。更高容量的DIMM可以通过3D堆叠技术实现。

如果不是从一开始就考虑到功率问题，更高的性能和容量可能会带来更高的功耗。为此，DDR5将工作电压降低到1.1V，命令/地址信号由SSTL改变至PODL, 当引脚停留再高阻状态时，具有无待机功耗的优点。

两款芯片新品的推出，使得Rambus的DDR5 DIMM芯片组更加完整，能够实现更好更高效的内部验证过程，以及更高质量的校验，确保整个芯片达到之前所设计的质量标准或速率标准。

John Eble说，Rambus将这些芯片一起提供给客户后，并为它们的质量负责，客户可以进行自己模组的整合，假如使用途中遇到问题，只需找一家供应商就能解决。“我认为这确实带来了更好的客户体验。”

三、助攻数据中心，降低总体功耗

谈及DDR5的市场应用情况，John Eble分享道，当前DDR5已被应用到不少高端游戏PC，并将拓展至整个PC市场，需要应对计算密集型工作负载的服务器端也对DDR5有着很高的需求。

随着国内新一代环境友好型数据中心逐步建设，服务器对更高的性能、能源效率和其他指标的要求变得更加严格，对下一代服务器内存的需求也与日俱增。

Rambus大中华区总经理苏雷认为，数据中心是全球基础设施的大脑，服务器也正在向着更多的异构计算引擎的方向发展。服务器中部署越来越多的专用芯片，面向特定的任务。在数据中心聚集的技术，最终会扩散到边缘和终端设备。

“可以预期，几乎所有的服务器都会逐渐采用DDR5。接下来的三个月到半年时间，我们预计将看到更多支持DDR5的服务器处理器将会上市。”John Eble说。

据他分享，一种非常典型的服务器设计是两插槽设计，每个插口都有自己的一组DIMMs和PCIe插槽，可以填充SSD、网卡、加速器等。另外有一个底板管理控制器，可以通过各种接口与主板的所有组件进行通信，最后还有一系列的风扇来管理散热和温度。

额外的DDR5功能，则有助于加强电源传输系统的管理和遥测，从而改善整体服务设计和性能。

系统管理总线在初始化时被大量使用，以发现接入的DIMMs，并执行早期的内存通道校准。过去使用的I2C运行频率约为1MHz，而DDR5平台采用I3C总线，运行频率可达10MHz。

DDR5 DIMM架构为了支持这种更高的速率，通过引入I3C SPD Hub，将总线隔离到控制器一侧的单个DIMM，与主机进行通信。

在目标端点，它可以与模块上其他具有I3C接口的芯片进行通信，包括RCD、PMIC和独立的热传感器。除了减少初始化时间，总线速度的提高也将支持更高的轮询率和实时控制。该集线器还包括串行存在检测集线器，存储了DIMM的非易失性配置信息，并具备热传感器。

两侧的独立温度传感器芯片，通过I3C接口连接到I3C集线器。这为每个DIMM提供了三个空间数据点，提供了关于服务器中温度情况的大量信息。服务器/CPU能够使用该功能管理风扇速度/噪声以及DRAM刷新率来提高性能或保留时间，并且可以作为限制带宽的“最后一招”，可以选择节流带宽，以减少热量。

最后，Rambus经过扩展的DDR5解决方案组合能够提供高达5600MT/s的数据传输速率，并且包括串行检测集线器和温度传感器。

John Eble谈道，Rambus非常重视低功率，在电路设计技术上，在每个存储状态下实现尽可能少地耗散功率，新发布的两个产品将帮助感知和报告服务器或PC中具体的系统配置或热管理的重要数据，这些数据传输回来可以做总体分析判断，进一步降低总体的功耗。

结语：DDR5技术已就绪，预计明年出货量超过DDR4

看向未来，关于DDR5普及的预期，John Eble认为，2022年如果要实现真正全面的DDR5时代，还是相对比较激进的。

据他观察，现阶段能实现DDR5的处理器，包括具体宣布能够实现DDR5平台的数量，仍相对有限。目前DDR4仍然保持着强劲的势头，DDR5则处在早期的爬坡阶段。IDC数据显示，DDR5的出货量超过DDR4，预计会在2023年底发生。

“总体来讲，DDR5的技术已经准备好，已经成熟了。”John Eble说，现在需要等待更多支持DDR5的系统出现，DDR5已经建立了可扩展性，我们将看到主要的CPU公司推出支持性的DDR5，同时增加I/O性能和引进CXL，这些综合技术趋势将使每个插座有更多的内核，提高虚拟化效率，并能够在CPU的低延迟访问中运行具有更大数据集的应用。

从应用的角度来看，他认为随着转向异质计算架构，更多专用加速器将使用定制的内存解决方案，如GDDR或HBM，来优化其性能。

他也看好正在崛起的边缘计算的市场。这同样是Rambus关键的业务领域之一，通过提供全面的芯片产品和IP解决方案，来助力边缘计算行业实现增长和提高安全性。