作为动态随机存取内存（DRAM）的下一次演进，DDR5增强了需要大量内存带宽的数据处理应用，例如机器学习、人工智能和大数据分析。DDR5提供更快的速度，性能提升超过85%，相较于DDR4。DDR5的数据速率（速度）范围为4800到8800MT/s，提供更高性能的内存，并旨在提高可靠性、可用性和可维护性（RAS）。

DDR5的核心价值主要体现在5个方面

一、更新和更低的电压：

1）PMIC：DDR5 DIMM将电源管理从主板转移到了内存模块本身，通过一颗板载12V电源管理芯片(PMIC)来确保更加精细的系统电源负载。帮助调节内存模组中不同组件（DRAM、寄存器、SPD hub 等）所需的电源。对于服务器级模组，PMIC 采用 12V；对于 PC 级模组，PMIC 采用 5V。相比前几代内存，这可以实现更好的功率分布、提高信号完整性并减少噪音。此外，DDR5也改善了DIMM的工作电压，将供电电压从DDR4的1.2V降至1.1V，进一步提升了内存的能效表现。采用 1.1V 的 DDR5 的功耗比采用1.2V 的 DDR4 对等组件下降 20% 左右。

二、更高的内存密度：

DDR4在单裸片封装(SDP)模式下仅支持最高16Gb的DRAM容量，而DDR5内存标准将这一数字提高到了64Gb。这意味着，DDR5 DIMM在SDP模式下的最高容量可达256GB，是DDR4 64Gb最大容量的4倍。同时，DDR5还支持片上纠错码、错误透明模式、封装后修复和读写CRC校验等功能，并支持最高40个单元的堆叠，从而可使其有效内存容量达到2TB。DDR5能够增加颗粒密度的原因，主要归结于技术进步、制造工艺的改进、架构优化以及内存管理机制的提升。以下是DDR5内存能够显著增加颗粒密度的关键原因：

1）更先进的制造工艺（工艺节点缩小）：DDR5的内存颗粒使用了更先进的制造工艺（如10纳米级甚至更小的工艺），这使得DRAM芯片的容量可以成倍增加。缩小制程：每次工艺节点的缩小，都能在相同的芯片面积上集成更多的存储单元。这不仅增加了每个颗粒的存储容量，还减少了功耗，提升了效率。高密度封装：随着工艺进步，更多存储单元被集成到同一颗芯片上，从而提高了每颗DRAM颗粒的存储密度。

2）更高的堆叠技术（3D DRAM技术）：随着制程缩小，3D堆叠技术也被广泛应用于DDR5内存。通过垂直堆叠多个存储层，可以在相同的芯片面积内存储更多数据。这种技术可以显著增加内存的容量，而无需显著增加芯片的物理尺寸。

3）更高的单元存储密度（存储单元优化）：DDR5在每个存储单元的设计上也进行了优化，使得每个单元可以存储更多的数据。这涉及改进电路设计、存储单元布局等方面，进一步提升了单位面积内的存储能力。

4） 更高效的内存控制器：DDR5的内存控制器设计得更加高效，能够更好地管理和调度更多存储单元的数据访问。这也是内存颗粒密度增加的重要推动因素之一。

三、更先进的通道架构（双32位子通道）：

在针脚设计上，DDR5内存将保持与DDR4相同的288个引脚数，但由于定义不同，所以不能兼容DDR4插槽。设计不同的key防止误插，如本文第一幅图所示。DDR5 DIMM采用了彼此独立的40位宽双通道设计(32个数据位，8个纠错码位)，每个通道的突发长度从8字(BL8)翻倍到16字(BL16)。即一个子通道，就可实现64B的缓存行读取。所以尽管数据位仍然是64位，但并发能力的提高使得内存访问效率得到了提升，而且两个通道共用寄存时钟驱动器，每侧可提供四个输出时钟，能够优化信号完整性。这种设计在多个方面带来了性能和效率的提升。以下是它的主要好处：

1） 提高数据传输效率

每个32位的数据通道可以独立操作，同时传输和处理数据。这意味着在同一时刻，内存可以处理两个不同的数据请求，提高了数据传输的并发性。在DDR4等传统单通道设计中，虽然每次传输可以是64位宽，但如果一个数据请求较小，往往会浪费传输带宽。而DDR5的双通道设计能够更有效地利用带宽，因为它可以同时处理两个较小的请求，避免了带宽浪费。

2）降低数据访问延迟

DDR5的双通道设计能够减少访问延迟，原因在于：更快的指令完成：两个独立的通道意味着可以并行处理指令。例如，在内存控制器发出一条32位宽的读写命令时，控制器可以在一个通道上操作而不影响另一个通道，从而减少等待时间。提高内存响应速度：当内存控制器向内存请求数据时，可以同时发出两组请求并分别分配给两个通道。这不仅增加了请求的执行速度，还使得内存能够更快响应处理器的需求。

3）提升内存并发能力

DDR5的双通道设计使得内存系统可以处理更多的并发请求。与单通道64位架构相比，双通道可以更好地适应现代处理器的多核架构，支持更高的并行性。这在多任务处理、高带宽需求的应用场景中表现尤为明显，如高性能计算、AI训练等。每个通道独立运行的设计，使内存可以同时服务多个数据请求，不必像单通道系统那样等待一个请求完成后再处理下一个请求。

4）更好的带宽利用率

由于每个通道可以独立工作，DDR5的40位双通道架构更有效地利用带宽。在DDR4等单通道设计中，如果某个数据传输不足以填满64位的宽度，可能会导致传输效率下降。然而，DDR5的两个32位通道可以根据实际数据请求量动态分配任务，减少带宽浪费，提高实际的内存利用率。由于两个独立通道可以同时进行数据传输，即使某个通道出现了延迟，另一个通道仍然可以继续处理其他数据，提高了整体的带宽利用率和系统响应能力

5）提高ECC的灵活性和保护能力

每个通道拥有独立的8位ECC保护，使得内存中的数据在传输时能够更好地得到错误校正和保护。这为每个通道单独提供了一层错误保护机制，确保即使在高速数据传输过程中，数据的完整性和可靠性也能得到有效保障。

四、更高的频率和刷新： 

按照JEDEC的说法， DDR5内存的引脚带宽(频率)是DDR4的两倍，总传输带宽可提升38%，4800MHz的起始频率也比DDR4 3200MHz增加了50%。然而这仅仅是一个开始，未来，DDR5内存的最高频率甚至有望达到8400MHz，系统带宽会继续提高至当前水平的两倍以上。

DDR5还带来了一种名为“同一内存块刷新(SAME-BANK Refresh)”的新特性。这一命令允许对每一组内存块中的单独内存块进行刷新，而让其他内存块保持打开状态，以继续正常操作。测试数据显示，单列DDR5模组与DDR4双列模组以3200MT/s的速度进行比较时，前者性能可以提升1.28 倍，在4800MT/s的入门级数据速率下，DDR5性能提升了高达1.87倍！

五、RAS（可靠性、可用性、可维护性）： 

在DDR5内存技术中，DFE（Decision Feedback Equalization，决策反馈均衡）是一种用于信号完整性优化的技术。它主要用于高频信号传输中，帮助减轻信号失真和衰减问题，确保数据传输的准确性。

1）DFE的作用：当数据速率越来越高（如在DDR5中，数据速率可以达到4800 MT/s甚至更高），信号在通道中传输时会受到各种因素的影响，如信号衰减、反射、噪声等。这些问题会导致接收端无法准确地判断发送端发出的数据，产生码间干扰（ISI, Inter-Symbol Interference），使得前一个符号的信号影响当前符号的判断。DFE的核心功能是通过反馈系统，自适应地抵消由于先前符号引入的干扰，帮助维持信号质量，以提高接收器在高数据速率下的判断准确性。

2）DFE的工作原理是一种后处理均衡技术，它的工作过程如下：反馈回路：在接收到信号之后，接收器会基于先前接收的数据，计算出它对当前信号可能造成的影响。

校正信号：然后，接收器使用这些先前的数据来修正当前接收到的信号，减少前一个符号对当前符号的干扰。

决策反馈：这个过程是实时和动态的。接收器在每一步接收数据的过程中，都会基于过去的接收情况进行反馈调整。通过这种机制，DFE可以有效减少码间干扰，尤其是在高频信号中，确保接收器能够准确恢复发送的数据。

3）DFE vs CTLE：与其他均衡技术相比，如DDR4的CTLE，DFE更加适合处理码间干扰，因为它是基于先前接收的数据进行反馈调整的。而CTLE是一种线性均衡器，它只处理线性失真问题。

CTLE的基本原理：CTLE是一种线性均衡器，主要作用是通过对信号进行连续的时间域处理，来补偿信号在传输过程中的损耗，特别是高频信号的衰减。CTLE通过对传输的信号进行线性放大，恢复信号的高频成分，从而改善信号质量，使接收端能够正确识别数据。

工作流程大致如下：CTLE会对信号进行高频增强，即放大信号中的高频分量，以抵消传输通道对高频信号的损耗。通过这种方式，CTLE可以有效地扩展信号的眼图，使接收端能更准确地捕获信号。

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