JEDEC 固態技術協會正式發布 DDR5 SDRAM 記憶體標準,為新一代伺服器、商用平台及消費級電腦記憶體奠定規格基礎。各大 DRAM 廠商表示,符合新標準的產品最快可於 2020 年內進入量產,但初期將以伺服器及商用市場為主,之後才逐步下放至消費級平台。
DDR5 與 LPDDR5 記憶體標準早於 Hot Chips 2016 活動上曝光。LPDDR5 已在 2020 年陸續應用於旗艦級手機;至於 DDR5 SDRAM 原定於 2018 年公布最終規範,經過延遲後才正式完成標準化。

DDR5-4800 成為初期產品起點
JEDEC 指出,DDR5 是 DDR 記憶體標準的最新一代版本,重點在於提升記憶體速度、密度及整體容量。DDR5 預計以 4800MHz 的速度推出,較 DDR4 最高 3200MHz 約快 50%。市場初期預計會以 DDR5-4800 產品為主,待生態系統逐步成熟後,DDR5-6400 才會更廣泛推出。
按照目前規範,DDR5 的最高數據速率可達 6.4Gbps,對應市場常見的 6400MHz 標示;未來規格演進亦可能將速度推向 8400MHz。不過,8400MHz 屬於未來發展方向,並非 DDR5 上市初期即可普遍取得的產品規格。

記憶體密度與容量大幅增加
DDR5 DRAM 顆粒密度將由 DDR4 的 2Gb 至 16Gb,提升至 8Gb 至 64Gb。容量提升後,單條 LRDIMM 最終可達 2TB,最大 UDIMM 容量則為 128GB。
在消費級平台上,DDR4 UDIMM 單條容量最高約為 32GB,而 DDR5 規範可將單條容量提升至 128GB。來源資料亦指出,未來可能出現支援 512GB DDR5 記憶體的平台,但這屬於後續平台發展可能性,並非標準初期的普及配置。

單條 DIMM 分成兩個獨立通道
為提高記憶體並行性,DDR5 將單條 DIMM 分割為兩個獨立記憶體通道。DDR4 每條 DIMM 提供一個 64-bit 數據通道;DDR5 則改為兩個 32-bit 數據通道,若納入 ECC,則每個通道為 40-bit。
DDR5 同時將每個通道的 Burst Length 由 BL8 提升至 BL16。每個通道可處理兩組 64 bytes 操作,使 DDR5 在核心速度相同的情況下,具備較 DDR4 高一倍的額定傳輸速度及有效頻寬。
對標準桌面電腦平台而言,DDR4 通常採用兩條 DIMM 填滿兩個通道的 2×64-bit 配置;DDR5 則轉為 4×32-bit 的通道設計。這項變化可提升平行處理能力,但也會讓記憶體控制器與主機板設計更為複雜。

工作電壓降至 1.1V,電壓調節器移至 DIMM
DDR5 的 Vdd 工作電壓由 DDR4 的 1.2V 降至 1.1V,目標是在降低功耗的同時維持更高的記憶體效能。
另一項重要改變,是將電壓調節功能由主機板移至記憶體模組。DDR5 DIMM 將內建電壓調節器,適用於 UDIMM 至 LRDIMM 等不同產品,JEDEC 將此設計稱為「pay as you go」的 on-DIMM 電壓調節。
這種架構可讓 DIMM 依照自身需求進行電壓調節,降低主機板為大量 LRDIMM 提供電壓調節的負擔,也有助於改善電壓容差及 DRAM 良率。不過,原本由主機板承擔的相關成本,將部分轉移至 DIMM 模組本身,平台建置時需要重新評估主機板與記憶體的搭配。


維持 288 個引腳,但無法直接相容 DDR4
DDR5 DIMM 仍維持 288 Pins,然而引腳排列與 DDR4 不同,因此 DDR5 記憶體無法直接插入 DDR4 插槽使用。
為配合雙通道設計,DDR5 重新配置 Command 與 Address bus。原本 DDR4 的單一 24-bit CA bus,改為每個通道各自配置一組 7-bit CA bus。這項設計可支援新的通道架構,但也會增加記憶體控制器的設計複雜度。

初期市場以伺服器平台為主
DDR5 標準發布後,AMD、Intel、Samsung、Micron 及 SK Hynix 等廠商陸續提出相關計劃。SK Hynix 表示將於 2020 年內量產 DDR5 DRAM 顆粒;AMD 與 Intel 則著手準備支援 DDR5 的伺服器平台。
來源資料指出,預計於翌年推出的 AMD EPYC 3 平台,以及 Intel Eagle Stream 平台和 LGA4677 插槽,都極有可能成為首批支援 DDR5 的伺服器平台。由於伺服器對記憶體容量、頻寬及功耗效率的要求較高,DDR5 初期將先在商用環境展開,再逐步進入消費級桌面電腦與其他市場。


DDR5 標準帶來的影響與限制
- 頻寬提升:DDR5 初期速度預計由 DDR5-4800 起跳,規範最高可達 6400MHz,未來亦可能推進至 8400MHz。
- 容量擴大:顆粒密度由最高 16Gb 提升至 64Gb,最大 UDIMM 容量可達 128GB,LRDIMM 則可達 2TB。
- 功耗改善:工作電壓由 1.2V 降至 1.1V,並透過 on-DIMM 電壓調節器改善電源管理。
- 平台不相容:即使引腳數同為 288 Pins,DDR5 的針腳布局不同,無法與 DDR4 插槽互換。
- 導入需要時間:DDR5-4800 雖可望在標準發布後率先量產,但更高速度與大容量產品仍須等待製程、控制器及平台生態系統成熟。
整體而言,DDR5 的核心變化不只是提高記憶體頻率,也包括單條 DIMM 雙通道、顆粒密度提升、電壓下降及電源調節位置改變。標準正式發布後,伺服器市場將率先驗證其容量與頻寬優勢,消費級平台則要視處理器、主機板及記憶體模組供應情況逐步普及。


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