DDR内存技术更迭20年( 四 ) _内存

Intel和AMD的处理器竞争越演愈烈，内存的性能成为新的瓶颈。早在2017年，负责计算机内存技术标准的组织JEDEC就宣称将在2018年完成DDR5内存的最终标准，美光、三星等内存厂商在2018年也就开始研发16GB的DDR5产品，甚至在2019年几个厂商都已经开始逐渐量产DDR5内存。但是直到2020年7月，JEDEC才正式发布了DDR5内存的标准，而且起跳就是4800MHz，这比原先想象的要高出不少。
据JEDEC介绍，DDR5标准将提供两倍于上代的性能并大大提高电源效率。在DDR5内存标准下，最高内存传输速度能达到6.4Gbps 。此外，DDR5也改善了DIMM的工作电压，将电压从DDR4的1.2V降至1.1V，能够进一步提升内存的能效表现。

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DDR5可以使系统通道数再翻倍（图源：Mircon）
在内存密度方面，DDR5内存标准将允许单个内存芯片的密度达到64Gbit，这比DDR4内存标准的16Gbit密度高出4倍。如此高的内存密度，再结合多芯片封装技术，可以实现最高40个单元的堆叠，如此堆叠的LRDIMM有效内存容量可以达到2TB 。
据DIGITIMES报道，三星电子、SK海力士和美光科技均已扩大其DDR5芯片产量，旨在加速行业从DDR4向DDR5的过渡。消息人士称，将2022年视为DDR5的预热年，2023年DDR5渗透率将大幅提升。
从1998年三星生产出最早的商用DDR SDRAM芯片到现在，已经过去了20多年，DRAM内存市场一直在发展，从DDR到DDR2、DDR3、DDR4、DDR5，然后是正在研发的DDR6 。

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从DDR技术和JEDEC规范的演进过程中，我们可以看到，为了配合整体行业对于性能、内存容量和功耗的不断追求，规范的工作电压越来越低，芯片容量越来越大，IO的速率也越来越高。
从最早的128Mbps的DDR发展到了当今的6400Mbps的DDR5，每一代DDR的数据速率都翻倍增长。

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根据Yolle分析，两代内存之间的过渡时间大概只需要两年。这意味着到2023年，DDR5 内存的市场份额将高于DDR4的情况，到2026年，DDR4份额应降至5%以下。整个DRAM市场预计到2026年将达到2000亿美元。
DRAM的分支与演进
按照应用场景，DRAM分成标准DDR、LPDDR、GDDR三类。JEDEC定义并开发了这三类标准，以帮助设计人员满足其目标应用的功率、性能和尺寸要求。
标准型DDR：针对服务器、云计算、网络、笔记本电脑、台式机和消费类应用程序，允许更宽的通道宽度、更高的密度和不同的外形尺寸；
GDDR：Graphics DDR，一般称之为显存，“G”代表Graphics，顾名思义，GDDR就是针对图形显示卡所特化的一种DDR内存。2000年后电脑游戏的发展和火爆，人们对于显卡性能需求日益增长。运行电脑游戏对显卡GPU有高速数据交互需求，而且GPU与显存之间的数据交换非常频繁，特别是3D游戏的纹理贴图对显存带宽和容量的要求更高。因此，GDDR应运而生，GDDR适用于具有高带宽需求的计算领域，例如图形相关应用程序、数据中心和AI等，与GPU配套使用；
LPDDR：Low Power DDR，是DDR SDRAM的一种，又称为 mDDR(Mobile DDR SDRAM)，是JEDEC固态技术协会面向低功耗内存而制定的通信标准，以低功耗和小体积著称，提供更窄的通道宽度，专门用于移动式电子产品。

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DDR、GDDR、LPDDR，分别作为电脑、显卡、手机的内存，都有各自耕耘和专攻的领域，尽管类型多种多样，但万变不离其宗，都是基于DDR的一些原理演变而来。
但从不同类型内存发情况来看，它们目前包括以后的关系将不再是继承发展而是平行发展的关系。DDR将继续稳步的走性能路线，而GDDR也更加专注对带宽和容量的优化，至于移动端的扛把子LPDDR近年来市场需求旺盛，技术迭代压力大，有望继续领跑。同时，三种内存上所采用的新技术也可反哺DDR家族，为它们各自的的发展提供借鉴和技术验证。
另外，对于迫切需要高带宽的应用，比如游戏和高性能计算，高带宽内存(HBM)成为绕过DRAM传统IO增强模式演进的优秀方案。

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高带宽内存(HBM)
HBM直接和处理器封装的方式不再受限于芯片引脚，突破了IO带宽的瓶颈。另外DRAM和CPU/GPU物理位置的接近使得速度进一步提升。
在尺寸上，HBM也使整个系统的设计大大缩小成为可能。目前，HBM2在很大程度上是GDDR6的竞争对手。不过从长远看，因为2D在制造上接近天花板，DRAM仍有很强的3D化趋势。