DDR5超高速性能背后的設計挑戰

    2020年7月，DDR5內存技術標準正式發布，標志著內存技術開啟了新的篇章。DDR5以更高的帶寬和性能吸引了廣泛的關注。與之前的DDR4相比，DDR5的最大優勢在于它顯著降低了功耗，同時將帶寬提升了一倍。具體來看，DDR5當前發布協議的最高速率已達6.4Gbps，其時鐘頻率也從1.6GHz增加到了3.2GHz。
 
    當我們深入探究DDR5的更多細節時，我們也發現這一新技術帶來了一些額外的技術挑戰。例如，DDR5的電源電壓相較于DDR4的1.2V降低了0.1V，達到了1.1V，雖然較低的電源電壓降低了功耗并延長了電池壽命，但同時也帶來了一些技術挑戰，比如更容易受到噪聲的干擾，這使得信號完整性變得更具挑戰性，因為信號開關時電壓之間的噪聲余量更少，并可能會因此影響到設計。
 
    DDR5的另一個重大變化是，與DDR4的電源管理芯片（PMIC）集成在主板上的方式不同，DDR5將電源管理IC（PMIC）從主板上轉移到了雙列直插式內存模塊（DIMM）上。這使得電源管理、電壓調節和上電順序在物理上更接近模塊上的存儲器件，這也有助于確保電源完整性（PI），并增強對PMIC運行方式的控制。
 
    此外，在數據位總數保持不變的情況下，DIMM的通道數從1個通道增加到2個通道也是一個重要的進步，通過將數據分成兩個較窄的通道傳輸，可以更有效地生成和分配時鐘信號，從而來改善信號完整性。
 
    顯然，DDR5標準的開發也考慮到了信號完整性問題，將PMIC轉移到模塊中也會發揮相應的優勢。然而，設計人員仍然需要考慮兼顧電源影響的信號完整性的整體效應。如上文所述，DDR5具有高達6.4Gbps的數據速率和3.2GHz系統時鐘頻率，電源噪聲在這種高速操作中可能會引發更明顯的問題，對系統性能和穩定性造成影響。如果分別進行電源完整性和信號完整性分析，就可能會遺漏電源噪聲引起的問題。
 
    因此，要想充分發揮DDR5的性能，必須在系統的所有關鍵點包括芯片、封裝和PCB進行兼顧電源影響的信號完整性分析。但是，進行這種層面的分析是一項復雜的任務，它對底層計算平臺如用于仿真分析的硬件、軟件工具都有很高的要求，也會使得總體的設計時間變得更長，增加了設計的難度和復雜性。


本文關鍵詞：DDR5

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