业界领先的DDR5技术:美光、三星、SK海力士
我们刚刚进入了DDR5存储器的时代。美光(Micron)、三星(Samsung)、SK海力士(SK Hynix)等主要DRAM厂商从去年开始首次推出DDR5内存产品(模块)。此外，目前DDR5产品的需求明显超过供应。DDR5是DRAM领域的新标准，旨在满足计算、高带宽、人工智能(AI)、机器学习(ML)和数据分析的需求。
Jeongdong Choe
DDR5内存产品。
DDR4的数据速率一般在1600兆赫到3200兆赫之间，而DDR5在数据和时钟速率方面都比DDR4有所改进，在高达或超过7200兆位每秒(Mbps)的情况下，性能提高了一倍。DDR5将工作电压降低到1.1V。添加和修改了许多新的高级特性，包括预取从8个增加到16个、增加银行和银行组以提高总线效率、新的写入模式和刷新模式、决策反馈均衡器(DFE)以及PDA。同时还增加了片上ECC，加强了片上RAS，减轻了控制器的负担。这无疑是向释放未来以数据为中心的应用程序的价值又近了一步。
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第一批DDR5产品以udimm投放市场，运行速度为4,800 MT/s(或5,600 MT/s)。这比当前高性能服务器中3,200 MT/s DDR4内存的数据速率提高了33%。作为参考，Everspin 1gb pMTJ STT-MRAM独立DDR4芯片的运行速度为1333 MT/s，使用15 ns CL和135 ns tRCD。最近发布的GDDR6设备运行速度为16000 MT/s, LPDDR5为6400 MT/s, HBM2E (Nvidia旗舰数据中心GPU的最新版本，80gb的A100)运行速度为3600 MT/s(图1)。
图1。DDR、GDDR、HBM和LPDDR的DRAM数据速率趋势。
JEDEC最近更新了DDR5 SDRAM标准(JESD79-5A)，包括由密集的云和企业数据中心应用程序驱动的需求需求，为开发人员提供了两倍的性能和大大提高的电源效率。对于更高的密度和更高的性能，DDR5预计将采用最先进的DRAM单元技术节点，如D1z或D1a (D1α)一代，这是第3代或第4代10纳米级DRAM节点。DDR5内存融合了许多创新和新的DIMM架构，使速度等级跳跃，并支持未来的扩展。
三星已经发布了基于高k金属门(HKMG)工艺的DDR5内存模块。三星于2018年在GDDR6内存中首次采用了HKMG工艺，现在已扩展到DDR5内存。SK海力士刚刚公布了利用EUV工艺的尖端D1a纳米技术开发的新的24gb DDR5芯片。在带宽方面，内存提供38.4 GB/s或44.8 GB/s(例如，GDDR6设备为64 GB/s, SK海力士的八模HBM2E设备为460 GB/s)。
TechInsights最近分析了三款全新的DDR5 DIMM产品;TeamGroup ELITE DDR5 16gb UDIMM系列，美光DDR5器件，G.SKILL Trident Z5 DDR5内存(F5-5600U3636C16GX2-TZ5K)，三星DDR5器件，SK海力士32gb HMCG88MEBUA81N DDR5 UDIMM PC5-4800B模块(表1)。
| DDR频率 | ddr5 - 4800 | ddr5 - 5600 | ddr5 - 4800 |
|---|---|---|---|
| 母产品前。 | TeamGroup ELITE 16gb DDR5 UDIMM | g .技能三叉戟Z5 DDR5 F5-5600U3636C16GX2-TZ5K | SK海力士32gb HMCG88MEBUA81N DDR5 UDIMM PC5-4800B |
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| 设备制造商 | 微米 | 三星 | SK海力士 |
| 设备交货。 | MT60B2G8HB-48B: | K4RAH086VB-BCQK | H5CG48MEBD-X014 |
| VDD (vddq) / VPP | 1.1 v / 1.8 v | 1.1 v / 1.8 v | 1.1 v / 1.8 v |
| 带宽 | 38.4 GB / s | 44.8 GB / s | 38.4 GB / s |
| 模具区(密封) | 66.26毫米2 |
73.58毫米2 |
75.21毫米2 |
| 死的标记 | Y32A | K4RAH046VB | H5CNAG8NM |
| 单元格大小(技术节点) | 0.0020 μ m mm2(M-D1z) | 0.0023 μ m mm2(S-D1y) | 0.0022 μ m mm2(H-D1y) |
| 死的能力 | 16 Gb | 16 Gb | 16 Gb |
| 钻头密度(模具) | 0.241 Gb /毫米2 | 0.217 Gb /毫米2 | 0.213 Gb /毫米2 |
表1。来自美光、三星和SK海力士的三款新的DDR5设备/芯片的比较表。
这三家DRAM制造商已经批量生产了第一批4800 MHz或5600 MHz的DDR5组件。我们期待DDR5设备采用D1a或D1α，然而，DDR5 DRAM芯片和电池/外围设计看起来还不成熟，所有第一批DDR5芯片都采用了一些较老的技术节点(设计规则)，如三星D1y，美光D1z和SK海力士D1y。目前行业领先的工艺技术节点为D1a或D1α。表1显示了美光、三星和SK海力士发布的首批DDR5设备的比较。
第一个是TeamGroup ELITE DDR5 UDIMM，具有16 GB DDR5器件，其中DDR5 MT60B2G8HB-48B:A芯片由美光(Y32A芯片)制造。我们分析的第二款是G.SKILL Trident Z5 DDR5内存F5-5600U3636C16GX2-TZ5K与三星DDR5 K4RAH086VB-BCQK器件(K4RAH046VB模具)。第三个来自SK海力士，32 GB HMCG88MEBUA81N DDR5 UDIMM PC5-4800B模块(H5CNAG8NM模具)。模具图像添加到表格中以供参考。美光应用了M-D1z工艺技术节点，三星和SK海力士则采用了D1y工艺(S-D1y和H-D1y)。正因如此，DDR5的模具尺寸从美光(66.26毫米)开始2比三星(73.58毫米)小2)和SK海力士(75.21毫米)2）.
与三星和SK海力士相比，美光在DDR5的电池尺寸和比特密度上有更多的进步。事实上，美光的M-D1z工艺技术比三星和SK海力士的D1y工艺更先进，包括15.9 nm D/R，无W材料的多si /TiN电池栅，更小的有源/WL/BL节距，先进的SNLP工艺和SN电容器工艺和材料，以及CuMn/Cu金属工艺。
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图2。美光、三星、SK海力士的16Gb DRAM芯片尺寸比较DDR4-3200 vs. DDR5-4800。
图3。美光、三星、SK海力士的16Gb DRAM位密度比较DDR4-3200 vs. DDR5-4800。
图4。美光(Micron)、三星(Samsung)和SK海力士(SK Hynix)的16Gb DRAM电池尺寸比较DDR4-3200 vs. DDR5-4800。
图5。美光、三星、SK海力士的16Gb DRAM D/R比较DDR4-3200 vs. DDR5-4800。
