5G應(yīng)用助推DDR5時(shí)代將來(lái)臨

陳炳欣

目前，DRAM廠商三星電子、SK海力士、美光科技等廠商都已提出DDR5/LP DDR5的產(chǎn)品規(guī)劃并發(fā)布相應(yīng)產(chǎn)品。美光科技更是于日前宣布交付全球首款量產(chǎn)化的LPDDR5，將搭載于即將上市的小米1 0智能手機(jī)之上。在經(jīng)過(guò)多年等待之后，DDR5時(shí)代的腳步終于臨近。有分析認(rèn)為，2020-2021年將有更多DDR5/LPDDR5產(chǎn)品被推出，2022-2023年DDR5/LPDDR5有望從高端市場(chǎng)向中端和消費(fèi)級(jí)市場(chǎng)拓展，屆時(shí)DDR5將超越DDR4成為市場(chǎng)的主流。

內(nèi)存廠紛紛推出DDR5

DDR5倍增了內(nèi)存密度，能夠滿足數(shù)據(jù)中心對(duì)于日益增加的處理核心數(shù)、內(nèi)存帶寬與容量等的需求。

2007年DRAM產(chǎn)業(yè)迎來(lái)DDR3時(shí)代，2012年正式步入DDR4。JEDEC規(guī)范組織雖然在2017年即已開始制定DDR5標(biāo)準(zhǔn)，但是預(yù)計(jì)最終規(guī)范要到2020年才能全部完成。不過(guò)在最終標(biāo)準(zhǔn)制定完成的同時(shí)，內(nèi)存廠商也在致力于相關(guān)產(chǎn)品的開發(fā)。

2015年時(shí)，三星電子就已經(jīng)開始研究DDR4的下一代產(chǎn)品，并披露出部分技術(shù)細(xì)節(jié)和規(guī)劃。美光科技、SK海力士也不甘落后，紛紛加緊布局開發(fā)。2018年10月，Ca-dence展示了首款DDR5內(nèi)存驗(yàn)證模組，其中DRAM芯片來(lái)自美光科技，而接口層則采取自研，產(chǎn)品容量16GB，數(shù)據(jù)傳輸速率4.4Gbps。

在2019的ISSCC會(huì)議上，SK海力士芯片設(shè)計(jì)師Dongkyun Kim發(fā)表了DDR5的開發(fā)進(jìn)展。這是一款容量16GB、工作電壓1.1V的芯片，工藝節(jié)點(diǎn)采用1y納米，封裝面積76.22平方毫米。三星電子也描述了一款10納米級(jí)別的LPDDR5，在1.05V電壓下，數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)到7.5Gbps。

在今年的國(guó)際消費(fèi)電子展（CES 2020）上，美光科技宣布開始向客戶出樣DDR5。產(chǎn)品將基于1z納米工藝，性能相比DDR4提升了85%。美光科技數(shù)據(jù)中心營(yíng)銷總監(jiān)Ryan Baxter表示，由于DDR5倍增了內(nèi)存密度，能夠滿足數(shù)據(jù)中心對(duì)于日益增加的處理器核心數(shù)、內(nèi)存帶寬與容量等的需求。美光將從2020年下半年開始送樣給主要的客戶，并為接下來(lái)一年內(nèi)所需的產(chǎn)量預(yù)做準(zhǔn)備。SK海力士同樣在CES 2020上展示了最新的DDR5，采用1z納米工藝制造，數(shù)據(jù)傳輸速率4.8Gbps，最高容量可達(dá)到64GB。 2月6日，美光科技再次宣布，它實(shí)現(xiàn)了全球首款LPDDR5的量產(chǎn)，產(chǎn)品將搭載于即將上市的小米10智能手機(jī)之中。

與DDR4內(nèi)存相比，DDR5的性能更強(qiáng)、功耗更低，數(shù)據(jù)傳輸速率起步4.8Gbps，最高為6.4Gbps。電壓從1.2V降低到1.1V，同時(shí)每通道32/40位（ECC）、總線效率提高、增加預(yù)取的Bank Group數(shù)量以改善性能等。

2022年將成市場(chǎng)主流

基于更多應(yīng)用市場(chǎng)的推進(jìn).2022-2023年DDR5/IPDDR5有望超越DDR4成為市場(chǎng)主流。

隨著DDR5/LPDDR5的逐步量產(chǎn)推出，人們開始關(guān)心其是否會(huì)被市場(chǎng)接受？何時(shí)替代DDR4成為市場(chǎng)主流？

對(duì)此，美光科技移動(dòng)產(chǎn)品事業(yè)部市場(chǎng)副總裁Christopher Moore認(rèn)為，5G網(wǎng)絡(luò)的部署將大大促進(jìn)LPDDR5的應(yīng)用與普及。5G網(wǎng)絡(luò)具有高速的特點(diǎn)，也會(huì)要求有LP-DDR5這樣更高速和性能更好的內(nèi)存進(jìn)行配套，提升終端設(shè)備的運(yùn)行體驗(yàn)。美光此次推出的LPDDR5最大數(shù)據(jù)傳輸速率達(dá)到6.4Gbps。5G來(lái)臨之際，一些手機(jī)應(yīng)用對(duì)內(nèi)存帶寬的要求非常高，高像素?cái)z像頭在LPDDR4下需要數(shù)秒時(shí)間才能夠完成處理并且存儲(chǔ)，而如果使用LPDDR5就會(huì)是一個(gè)無(wú)縫的過(guò)程。如果消費(fèi)者同時(shí)運(yùn)行多個(gè)App，比如捕捉視頻、打AI游戲，并進(jìn)行屏幕分享，在使用LPDDR4的情況下就很容易出現(xiàn)瓶頸，但對(duì)LPDDR5應(yīng)付起來(lái)還是綽綽有余的。2020年全球?qū)⒋笠?guī)模部署5G網(wǎng)絡(luò)，LPDDR5的高帶寬和低功耗對(duì)消除5G數(shù)據(jù)瓶頸將起到關(guān)鍵作用。相信未來(lái)隨著5G應(yīng)用的普及，今后一兩年中將會(huì)出現(xiàn)更多充分利用高速網(wǎng)絡(luò)和內(nèi)存技術(shù)的應(yīng)用場(chǎng)景。

服務(wù)器端對(duì)DDR5的導(dǎo)入也將提速。Ryan Baxter認(rèn)為，因?yàn)槠髽I(yè)和云端服務(wù)器領(lǐng)域都在推動(dòng)其內(nèi)存子系統(tǒng)的性能提升，服務(wù)器CPU內(nèi)核數(shù)量迅度增加，近幾年每年增加10% - 15%，預(yù)計(jì)在未來(lái)4-5年內(nèi)將增加25%。這就需要更高速率的內(nèi)存予以配合。在平臺(tái)方面，AMD預(yù)計(jì)在2021年發(fā)布的2en4處理器上更換插槽，支持DDR5內(nèi)存。英特爾雖沒有明確過(guò)14nm及10nm處理器是否會(huì)支持DDR5內(nèi)存，但官方路線圖顯示2021年的7nm工藝Sapphire Rapids處理器會(huì)上DDR5，應(yīng)用于服務(wù)器產(chǎn)品之中。

還有一個(gè)潛在的領(lǐng)域就是汽車。Chris -topher Moore表示，在自動(dòng)駕駛汽車的發(fā)展過(guò)程中有越來(lái)越多的LPDDR3和LPD-DR4被使用。隨著汽車走向智能化，相信未來(lái)將會(huì)有越來(lái)越多LPDDR5的應(yīng)用空間。

此外，人工智能在越來(lái)越多的應(yīng)用中被廣泛部署，這需要先進(jìn)的內(nèi)存解決方案，以確保更快速、更有效的數(shù)據(jù)訪問。DDR5和LPDDR5能夠?yàn)橹苯訕?gòu)建在服務(wù)器和移動(dòng)設(shè)備處理器中的人工智能引擎提供所需的速度和容量。這些處理器依靠LPDDR5出色的數(shù)據(jù)傳輸速率來(lái)支撐機(jī)器學(xué)習(xí)能力。

從目前DDR5/LPDDR5產(chǎn)品的量產(chǎn)情況來(lái)看，大規(guī)模投入市場(chǎng)的時(shí)間應(yīng)該在2020-2021年。此時(shí)英特爾或AMD都應(yīng)該推出了支持DDR5的全新平臺(tái)，移動(dòng)端的高端市場(chǎng)此時(shí)也將采用LPDDR5?；谶@些應(yīng)用市場(chǎng)的推進(jìn)，到2022-2023年DDR5/LPDDR5有望超越DDR4成為市場(chǎng)主流。

1z工藝之后還有更多

隨著工藝的演進(jìn)，DDR5/LPD-DR5將實(shí)現(xiàn)更小的裸片的尺寸、更低的成本、更低的功耗以及更大的容量。

采用1z納米工藝制造是DDR5/LPD-DR5的重要看點(diǎn)之一。Christopher Moore表示，此次發(fā)布的12GB容量LPDDR5采用的是1y納米的量產(chǎn)技術(shù)。但是今年晚些時(shí)候美光將推出1z納米級(jí)的產(chǎn)品。工藝從1y過(guò)渡到1z，肯定會(huì)在功耗效率上有更進(jìn)一步的提升，也會(huì)支持更多不同的容量點(diǎn)。Baxter也表示，新的DDR5芯片將采用1z納米工藝打造，美光希望以完全優(yōu)化的工藝量產(chǎn)DDR5。

Objective Analysis首席分析師JimHandy表示，在價(jià)格低時(shí)盡可能地轉(zhuǎn)向1z納米工藝是廠商的合理選擇，可讓內(nèi)存企業(yè)在價(jià)格回升之前取得利潤(rùn)。DDR5/LP-DDR產(chǎn)品并不會(huì)止步于1z工藝，未來(lái)還將往更高工藝水平提升，推出16GB、24GB、32GB等更高容量的產(chǎn)品。據(jù)了解，內(nèi)存廠在目前的1z納米工藝之后，還規(guī)劃了1α、1β和1γ節(jié)點(diǎn)，將繼續(xù)提升內(nèi)存的存儲(chǔ)密度。這也將是DDR5的一個(gè)重要特征?？偟内厔?shì)是，隨著工藝的演進(jìn)，DDR5/LPDDR5將實(shí)現(xiàn)更小的裸片的尺寸、更低的成本、更低的功耗以及更大的容量。