DDR5离全面普及还有多远？

文︱郭紫文

自1946年以来，冯诺依曼架构以“存储程序”的计算机设计理念，奠定了计算机科学软件与硬件分离的基础。在冯诺依曼架构中，计算与存储可谓是计算机发展的核心驱动。直到如今，内存仍然在计算机中扮演着非常重要的角色。

随着海量数据爆发式增长，对算力的要求日益提高，内存也随之朝向更高容量、更快速度、更低能耗、更小尺寸等方向不断发展。为满足日趋复杂多元的市场需求，业界始终在寻求DDR内存性能、容量与功耗等方面的平衡。从DDR到DDR5，DDR内存标准及规格发生了“翻天覆地”的变化，工作电压逐渐降低，芯片容量和数据速率不断提升，内存带宽也得到大幅提高。

DDR内存持续推陈出新

纵观DDR内存演进过程，其迭代升级与处理器的性能提升息息相关。发展初期，处理器算力和数据量还不算很大，内存直接以DIP芯片形式存在。随后，处理器对内存容量的需求不断增大，内存进入SIMM时代。从30Pin到72Pin的迭代过程中，单个内存位宽从8位增加到32位，内存容量也从256KB增长至512KB甚至更大。

随着处理器算力和性能不断提高，对内存的容量和性能也提出了更高的要求，DIMM内存应运而生。DIMM标准SDR SDRAM带宽提高至64位，与处理器总线宽度一致，大幅降低了系统成本。而后，英特尔与Rambus联合推出Rambus DRAM，但由于成本高昂、频率高、效率低等问题尚未全面普及开来。

最终成功走进市场的是DDR SDRAM，即双倍数据率同步动态随机存取存储器。与SDR SDRAM相比，DDR SDRAM在时钟周期内，遇上升沿与下降沿都将触发信号传输，功耗并未增加，但数据传输速率却提升了一倍。同时，为了平衡内存控制器兼容性与性能，定址和控制信号仅遇上升沿传输。

对于最新的DDR5标准，与DDR4相比，DDR5在性能、容量和功耗上都有着大幅度提升。可以直观地看到，DDR4数据传输速率最大能达到3.2Gbps，而在全新的DDR5标准下，首次便以4.8Gbps为基准，最高数据传输速率能够达到8.4Gbps，比DDR4数据速率提升了50%以上。从内存电压来看，DDR5内存电压也从DDR4的1.2V降低至1.1V，信号源则更新为PODL信号。

DDR5性能指标（图源：JEDEC）

在通道架构方面，DDR5每个DIMM上有两个通道，且每DIMM提供两个独立的40位数据通道（包含8位ECC），高速缓存行仍为64字节。虽然内存引脚数量并没有改变，仍然是288个，但单个引脚定义不同，因而并不能向下兼容。因此，内存运行延时降低，内存效率得到大幅提升。此外，DDR5 SDP提升至64GB，DIMMs容量也提升至256GB。通过全新的堆叠技术，DDR5实现了16个DRAM堆叠。

DDR5内存结构（图源：Rambus）

走进DDR5内存时代

在JEDEC固态技术协会于2017年宣布DDR5内存标准的发布计划之后，三星、美光、SK海力士等诸多头部玩家纷纷开始押注DDR5内存，企图以迭代速度争夺市场话语权。然而，直至2020年7月，DDR5内存标准才正式发布，这比JEDEC预计的时间要晚了整整两年，但内存频率起步4800MHz，比预想中要高得多。

对于DDR5内存标准，JEDEC固态技术协会将其视为具有革命意义的内存架构。随着数据中心、边缘计算等迅速发展，尤其在“东数西算”工程全面启动之后，对于低延迟、低功耗、大带宽和高速率的需求进一步提高。据Yole预测，2022年开始，DDR5内存市场将从服务器市场切入，不断扩展至手机、笔记本电脑和PC等主流市场。预计至2023年，DDR5将广泛应用于这些领域，出货量也将持续提高，并逐步完成从DDR4到DDR5的应用过渡。

在芯片供应商和模组厂商不断加大DDR5内存布局的趋势下，英特尔、AMD等厂商也陆续推出支持DDR5内存的产品及平台。前段时间，Tom's Hardware消息指出，三星和SK海力士已经有计划停止DDR3内存的生产。这也意味着，DDR3内存即将退场，而DDR5内存将进入放量增长的黄金发展期，生态系统也将进一步完善。

DDR5内存的真正普及需要两到三年时间，而据市场调研机构Omdia预测，在整个DRAM市场中，2022年DDR5内存市场占有率将达到10%，而在2024年，这一份额将进一步提升至43%。