หน่วยความจำ Kingston ValueRAM และ Kingston Beast DDR5

มาตรฐานหน่วยความจำ DDR5: ข้อมูลเบื้องต้นเกี่ยวกับเทคโนโลยีหน่วยความจำ DRAM รุ่นใหม่

ม.ค. 2024

ภาพรวมเกี่ยวกับ DDR5

DDR5 คือ Double Data Rate Synchronous Dynamic Random Access Memory รุ่นที่ 5 เรียกอีกชื่อว่า DDR5 SDRAM เริ่มต้นจากเมื่อปี 2017 โดย JEDEC (Joint Electron Device Engineering Council) หน่วยงานกำหนดมาตรฐานอุตสาหกรรมโดยการประสานข้อมูลจากผู้ผลิตเซมิคอนดัคเตอร์และชิปเซ็ตหน่วยความจำชั้นนำของโลก รวมทั้ง Kingston หน่วยความจำ DDR5 ออกแบบมาพร้อมคุณสมบัติการทำงานใหม่ ๆ ที่มีประสิทธิภาพเหนือกว่า ใช้กระแสไฟน้อยกว่าและจัดการข้อมูลได้อย่างเชื่อถือได้มากกว่าเพื่อเตรียมพร้อมสำหรับการประมวลผลแห่งทศวรรษใหม่ DDR5 เปิดตัวในปี 2021

ภาพแสดงโครงสร้างหน่วยความจำ DDR4 และ DDR5 แบบเปรียบเทียบ

ความเร็วเริ่มต้นในการทำงานที่เหนือกว่า

DDR5 มีความเร็วเริ่มต้นที่ 4800MT/s{{Footnote.A65242}} ในขณะที่ DDR4 มีความเร็วไม่เกิน 3200MT/s นั่นเท่ากับว่ามีแบนด์วิธเพิ่มขึ้นถึง 50% ยิ่งไปกว่านั้น DDR5 ยังมีแผนจะกำหนดความเร็วมาตรฐานที่อาจสูงถึง 8800MT/s หรือมากกว่านั้นเพื่อให้สอดคล้องกับการอัปเดตแพลตฟอร์มคอมพิวเตอร์

ใช้กระแสไฟฟ้าน้อยกว่า/ประหยัดพลังงานมากกว่า

DDR5 ใช้กระแสไฟเพียง 1.1V ซึ่งน้อยกว่า DDR4 ซึ่งใช้ไฟที่ 1.2V ถึง 20% นอกจากช่วยยืดเวลาการใช้งานแบตเตอรี่ให้กับโน้ตบุ๊กแล้ว หน่วยความจำนี้ยังมีข้อดีสำคัญสำหรับเซิร์ฟเวอร์ระดับองค์กรที่ต้องทำงานอยู่ตลอดเวลาเช่นกัน

PMIC

หน่วยความจำ DDR5 มาพร้อมกับ Power Management Integrate Circuits (PMIC) ในตัวที่ทำหน้าที่ควบคุมกระแสไฟฟ้าที่ส่วนประกอบต่าง ๆ ของโมดูลหน่วยความจำใช้ (DRAM, รีจิสเตอร์, ฮับ SPD ฯลฯ) สำหรับโมดูลระดับเซิร์ฟเวอร์ PMIC ใช้กระแสไฟที่ 12V ส่วนรุ่นสำหรับ PC ตัว PMIC จะใช้กระแสไฟที่ 5V ซึ่งทำให้การจัดสรรพลังงานดีกว่ารุ่นก่อนหน้า ความสมบูรณ์ของสัญญาณดีขึ้น และลดสัญญาณรบกวนลง

ฮับ SPD

DDR5 เลือกใช้อุปกรณ์ใหม่ที่ทำงานร่วมกับ Serial Presence Detect (SPD) EEPROM พร้อมคุณสมบัติในการทำงานของฮับเพิ่มเติม เพื่อจัดการการใช้งานกับชุดควบคุมจากภายนอก และเพื่อลดภาระของหน่วยความจำที่บัสภายในออกจากส่วนการทำงานภายนอก

ช่องสัญญาณย่อยแบบคู่ 32 บิต

DDR5 จะแยกโมดูลหน่วยความจำออกเป็นช่องสัญญาณย่อยที่ระบุที่อยู่ได้ขนาด 32 บิตสองช่องสัญญาณที่เป็นอิสระจากกันเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพ และลดค่าหน่วงเวลาในการสืบค้นข้อมูลสำหรับชุดควบคุมหน่วยความจำ ขอบเขตความกว้างของข้อมูลของโมดูล DDR5 ยังคงทำงานแบบ 64 บิต แต่การแยกย่อยออกเป็นช่องสัญญาณแบบระบุที่อยู่ได้สองช่องขนาด 32 บิตทำให้ประสิทธิภาพในการทำงานโดยรวมดีขึ้น สำหรับหน่วยความจำระดับเซิร์ฟเวอร์ (RDIMM) การทำงานขนาด 8 บิตได้ถูกเสริมเข้ามาสำหรับช่องสัญญาณย่อยแต่ละส่วนเพื่อรองรับการทำงานกับ ECC ทำให้รองรับการทำงานต่อช่องสัญญาณย่อยรวมได้มากถึง 40 บิต หรือ 80 บิตต่อแถวโมดูลหน่วยความจำ โมดูลแบบสองแถวมีจุดเด่นที่การจัดสรรช่องสัญญาณการสื่อสารย่อยแบบ 32 บิตสี่ช่องสัญญาณ

คีย์ของโมดูลหน่วยความจำ

ร่องบากตรงกลางของโมดูลทำหน้าที่เป็นคีย์กำกับแนวสำหรับซ็อคเก็ต DDR5 เพื่อป้องกันการติดตั้งกับ DDR4, DDR3 หรือโมดูลอื่น ๆ ที่ไม่รองรับ คีย์โมดูล DDR5 จะแตกต่างจาก DDR4 ตามประเภทของโมดูลได้แก่ UDIMM และ RDIMM

On-Die ECC

On-Die ECC (Error Correction Code) เป็นคุณสมบัติใหม่ที่ออกแบบมาเพื่อแก้ไขข้อผิดพลาดของบิตข้อมูลภายในชิป DRAM เนื่องจากชิป DRAM มีความหนาแน่นเพิ่มมากขึ้นโดยการย่อขนาดของชั้นเวเฟอร์ลง ทำให้การรั่วไหลของข้อมูลเพิ่มมากขึ้น On-Die ECC ช่วยลดความเสี่ยงนี้โดยการแก้ไขข้อผิดพลาดภายในชิป ทำให้การทำงานมีเสถียรภาพมากขึ้นและอัตราข้อผิดพลาดน้อยลง เทคโนโลยีนี้ไม่สามารถแก้ไขข้อผิดพลาดภายนอกชิปได้ หรือข้อผิดพลาดที่เกิดขึ้นกับบัสระหว่างโมดูลและชุดควบคุมหน่วยความจำภายใน CPU โปรเซสเซอร์ที่ใช้ ECC สำหรับเซิร์ฟเวอร์และเวิร์คสเตชั่นจะมีการเข้ารหัสที่สามารถแก้ไขข้อผิดพลาดแบบบิตเดียวหรือหลายบิตได้ระหว่างการทำงาน DRAM จะต้องมีบิตเพิ่มเติมเพื่อให้สามารถแก้ไขข้อผิดพลาดนี้ได้ ซึ่งเป็นสิ่งที่คาดหวังได้จากโมดูลคลาส ECC เช่น ECC unbuffered, Registered และ Load Reduced

เซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิเสริม

DDR5 RDIMM ระดับเซิร์ฟเวอร์จะมีเซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิเพิ่มเข้ามาที่ท้ายโมดูลเพื่อตรวจสอบอุณหภูมิตลอดแนวของ DIMM ทั้งนี้เพื่อให้สามารถควบคุมการทำความเย็นให้กับระบบได้แม่นยำมากขึ้นและเป็นการแก้ปัญหาที่พบใน DDR4 เนื่องจากอุณหภูมิที่สูงเกิน

แถวหน่วยความจำที่เพิ่มขึ้นและความยาวเบิร์สที่มากขึ้น

DDR5 รองรับแถวโมดูลติดตั้งเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่าจาก 16 เป็น 32 แถว ทำให้เปิดเพจต่อครั้งได้มากกว่าเดิม ประสิทธิภาพในการทำงานจึงมากกว่าเดิม นอกจากนี้ความยาวเบิร์สขั้นต่ำยังถูกปรับเพิ่มจาก 16 จากเดิมที่ 8 สำหรับ DDR4 วิธีการนี้ช่วยเสริมประสิทธิภาพในการทำงานของบัสข้อมูล ทำให้บัสรองรับข้อมูลมากเป็นสองเท่าและยังช่วยลดจำนวนการอ่าน/เขียนข้อมูลไปยังช่องข้อมูลแคชเดียวกัน

การรีเฟรชการทำงานที่ดีกว่าเดิม

DDR5 มาพร้อมกับชุดคำสั่งใหม่คือ SAME-BANK Refresh ซึ่งทำให้สามารถรีเฟรชข้อมูลในกลุ่มแถวหน่วยความจำได้แบบแถวต่อแถวแทนที่จะต้องรีเฟรชทุกแถว เมื่อเปรียบเทียบกับ DDR4 คำสั่งนี้ช่วยให้ DDR5 สามารถปรับปรุงประสิทธิภาพในการทำงานและการประหยัดพลังงานให้เหนือกว่าเดิม

DDR5 ใช้ Decision Feedback Equalization (DFE)

เพื่อให้สัญญาณการสื่อสารของโมดูลมีเสถียรภาพ ซึ่งจำเป็นสำหรับการทำงานที่ใช้แบนด์วิธสูง

ฟอร์มแฟคเตอร์

แม้ว่าโมดูลหน่วยความจำเองจะมีลักษณะใกล้เคียงกับ DDR4 แต่ก็มีการเปลี่ยนแปลงที่สำคัญ ๆ ที่ทำให้ไม่สามารถใช้กับระบบการทำงานแบบเก่าได้ ตำแหน่งของคีย์ (ร่องบากตรงกลาง) ถูกปรับเปลี่ยนเพื่อป้องกันไม่ให้มีการติดตั้งกับซ็อคเก็ตที่ไม่รองรับ

ECC Registered DIMM (RDIMM)
Multiplexer Combined Ranks DIMM (MCRDIMM)
Multi-Ranked Buffered DIMM (MRDIMM)
ECC Unbuffered DIMM (ECC UDIMM)
ECC Unbuffered SODIMM (ECC SODIMM)
Non-ECC Unbuffered DIMM (UDIMM)
Non-ECC Unbuffered SODIMM (SODIMM)
Clocked Unbuffered DIMM (CUDIMM)
Clocked Unbuffered SODIMM (CSODIMM)
Compression Attached Memory Module (CAMM2)

อินเทอร์เฟซ
อัตราการสืบค้นข้อมูล (ความเร็วเป็น MT/s){{Footnote.A65242}}	3600, 4000, 4400, 4800, 5200, 5600, 6000, 6400, 6800, 7200, 7600, 8000, 8400, 8800
ความหนาแน่นของ Monolithic DRAM (Gbit)	8Gb, 16Gb, 24Gb, 32Gb, 48Gb, 64Gb
ประเภทชุดบรรจุและโครงร่าง (x4, x8 / x16)	BGA, 3DS TSV (78, 82 / 102)
แรงดันไฟฟ้า (VDD / VDDQ / VPP)	1.1 / 1.1 / 1.8 V
Internal VREF	VREFDQ, VREFCA, VREFCS
คำสั่ง/ที่อยู่อ้างอิง	POD (Pseudo Open Drain)
อีควอไลเซชั่น	DFE (Dynamic Feedback Equalization)
ความยาวเบิร์ส	BL16 / BC8 / BL32 (ฟังก์ชั่นเสริม)
สถาปัตยกรรมหลัก
จำนวนแถว	32 แถว (8 กลุ่มแถวติดตั้ง) 8 BG x 4 แถว (16-64Gb x4/x8) 8 BG x 2 แถว (8Gb x4/x8) 16 แถว (4 กลุ่มแถวติดตั้ง) 4 BG x 4 แถว (16-64Gb x16) 4 BG x 2 แถว (8Gb x16)
ขนาดเพจ (x4 / x8 / x16)	1KB / 1KB / 2KB
Prefetch	16n
DCA (Duty Cycle Adjustment)	DQS และ DQ
ระบบตรวจสอบความหน่วง DQS ภายใน	DQS interval oscillator
ODECC (On-die ECC)	128b+8b SEC error check and scrub
CRC (Cyclic Redundancy Check)	อ่าน/เขียน
ODT (On-die Termination)	DQ, DQS, DM, บัส CA
MIR (ขาต่อ “จำลอง”)	ใช่
Bus Inversion	Command/address inversion (CAI)
CA Training, CS Training	CA training, CS training
โหมดแนะนำการเกลี่ยการเขียนข้อมูล	ปรับปรุงให้ดีขึ้น
รูปแบบการแนะนำการอ่านข้อมูล	MR แยกเฉพาะเพื่อรองรับรูปแบบการกำกับการทำงานแบบอนุกรม ผ่านสัญญาณนาฬิกาและ LFSR ที่ผู้ใช้กำหนด
รีจิสเตอร์บันทึกโหมดการทำงาน	สูงสุด 256 x 8 บิต
คำสั่ง PRECHARGE	ทุกแถว ต่อแถวหรือแถวเดียวกัน
คำสั่ง REFRESH	ทุกแถวและแถวเดียวกัน
โหมด Loopback	ใช่