DDR5超高速性能背后的设计挑战

    2020年7月，DDR5内存技术标准正式发布，标志着内存技术开启了新的篇章。DDR5以更高的带宽和性能吸引了广泛的关注。与之前的DDR4相比，DDR5的最大优势在于它显著降低了功耗，同时将带宽提升了一倍。具体来看，DDR5当前发布协议的最高速率已达6.4Gbps，其时钟频率也从1.6GHz增加到了3.2GHz。
 
    当我们深入探究DDR5的更多细节时，我们也发现这一新技术带来了一些额外的技术挑战。例如，DDR5的电源电压相较于DDR4的1.2V降低了0.1V，达到了1.1V，虽然较低的电源电压降低了功耗并延长了电池寿命，但同时也带来了一些技术挑战，比如更容易受到噪声的干扰，这使得信号完整性变得更具挑战性，因为信号开关时电压之间的噪声余量更少，并可能会因此影响到设计。
 
    DDR5的另一个重大变化是，与DDR4的电源管理芯片（PMIC）集成在主板上的方式不同，DDR5将电源管理IC（PMIC）从主板上转移到了双列直插式内存模块（DIMM）上。这使得电源管理、电压调节和上电顺序在物理上更接近模块上的存储器件，这也有助于确保电源完整性（PI），并增强对PMIC运行方式的控制。
 
    此外，在数据位总数保持不变的情况下，DIMM的通道数从1个通道增加到2个通道也是一个重要的进步，通过将数据分成两个较窄的通道传输，可以更有效地生成和分配时钟信号，从而来改善信号完整性。
 
    显然，DDR5标准的开发也考虑到了信号完整性问题，将PMIC转移到模块中也会发挥相应的优势。然而，设计人员仍然需要考虑兼顾电源影响的信号完整性的整体效应。如上文所述，DDR5具有高达6.4Gbps的数据速率和3.2GHz系统时钟频率，电源噪声在这种高速操作中可能会引发更明显的问题，对系统性能和稳定性造成影响。如果分别进行电源完整性和信号完整性分析，就可能会遗漏电源噪声引起的问题。
 
    因此，要想充分发挥DDR5的性能，必须在系统的所有关键点包括芯片、封装和PCB进行兼顾电源影响的信号完整性分析。但是，进行这种层面的分析是一项复杂的任务，它对底层计算平台如用于仿真分析的硬件、软件工具都有很高的要求，也会使得总体的设计时间变得更长，增加了设计的难度和复杂性。


本文关键词：DDR5

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