对比镁光、三星、SK 海力士的DDR5内存

我们正在进入 DDR5 内存时代。在DDR5供不应求的情况下，美光、三星、SK海力士等主要DRAM企业纷纷推出了DDR5系列产品。  

DDR5是 DRAM 的新标准，可满足人工智能、机器学习和数据分析等应用对计算和高带宽的需求。

与通常在 1,600 至 3,200 MHz 范围内运行的 DDR4 数据速率相比，DDR5 提供的数据和时钟速率都将性能提高一倍，至少达到 7,200 MB/s。此外，DDR5 将工作电压降低至 1.1V。

在开发过程中，工程师增强了 DDR5 的功能，添加和修改了多项高级功能，包括将预取从 8 位增加到 16 位、更多的内存块（bank）和内存块组以提高总线效率。他们还添加了新的写入模式和刷新模式，添加了决策反馈均衡器，以及每个 DRAM 的寻址能力。还包括片上 ECC，以加强片上 RAS，同时减少控制器负担。

这些创新意味着能进一步在未来以数据为中心的应用中释放价值。

首批投放市场的DDR5 产品为 UDIMM，其运行速度介于 4,800 MT/s 和 5,600 MT/s 之间。这意味着与当前高性能服务器中的高端 3,200 MT/s DDR4 DIMM 相比，数据速率提高了 33%。作为参考，Everspin 1 GB pMTJ STT–MRAM 独立 DDR4 芯片以 1,333 MT/s 的速度运行，具有 15 ns CL 和 135 ns tRCD。最近发布的 GDDR6 器件的运行速度为 16,000 MT/s，LPDDR5 器件的运行速度为 6,400 MT/s，HBM2e 器件的运行速度为 3,600 MT/s，包括最新版本的 Nvidia 旗舰数据中心 GPU——80 GB 的 A100。

 DDR、GDDR、HBM和LPDDR到DDR6、GDDR6X、HBM3和LPDDR6的DRAM数据速率趋势。 (资料来源:TechInsights) 

JEDEC 最近更新了 DDR5 SDRAM 标准 (JESD79–5A) 以满足云和企业数据中心应用需求，为开发人员提供了两倍的性能和更高的能效。为了更高的密度和更高的性能，DDR5有望采用D1z或D1a (D1α)一代等最先进的DRAM单元技术节点，它们是第三或第四代 10 nm级 DRAM 节点。DDR5 内存包含多项创新和一种新的 DIMM 架构，后者可在支持扩展的同时提供速度等级提升。

比较 DDR5 产品

TechInsights 最近比较了美光、三星和 SK 海力士的 DDR4-3200 和 DDR5-4800 芯片的 DDR5 芯片尺寸、存储密度、DRAM 单元尺寸和设计规则。具体来说，我们查看了美光 DDR5 器件中的 TeamGroup ELITE DDR5 16 GB UDIMM 系列；三星 DDR5 器件中的 G.SKILL Trident Z5 DDR5 内存 (F5–5600U3636C16GX2–TZ5K)；和 SK 海力士 32 GB HMCG88MEBUA81N DDR5 UDIMM PC5–4800B 模块。

三星 宣布推出基于高 k 金属栅极 (HKMG) 工艺的 DDR5 内存模块。该公司于 2018 年在其 GDDR6 内存中采用了 HKMG 工艺，这是业界首创，随后扩展到 DDR5 内存。

SK 海力士还宣布了一款新的 24GB DDR5 芯片，该芯片采用尖端 D1a 纳米技术开发，采用 EUV 光刻技术。在带宽方面，DIMM 提供 38.4 GB/s 或 44.8 GB/s，而 SK 海力士的 GDDR6 器件和 8-die HBM2E 器件提供 64 GB/s 和 460 GB/s。

美光、三星和 SK 海力士正在批量生产其首款 4800 MHz 或 5600 MHz DDR5 器件。我们希望看到 DDR5 器件建立在行业领先的工艺技术节点 D1a 或 D1α 之上。然而，DDR5 DRAM 芯片和单元/外围设计似乎还没有完全成熟。首批 DDR5 芯片采用了先前已有的技术节点或设计规则，包括三星 D1y、美光 D1z 和 SK 海力士 D1y。表 1 显示了首批 DDR5 器件的比较。

来自美光、三星和 SK 海力士的三款新 DDR5 器件/芯片的比较。（来源：TechInsights）

TeamGroup配备 16 GB DDR5 器件的 ELITE DDR5 UDIMM 包括 美光生产的DDR5 MT60B2G8HB–48B:A芯片（Y32A 裸片）。G.SKILL Trident Z5 DDR5 内存 F5–5600U3636C16GX2–TZ5K 包括三星 DDR5 K4RAH086VB–BCQK 器件（K4RAH046VB 芯片）。SK 海力士包括 32 GB HMCG88MEBUA81N DDR5 UDIMM PC5–4800B 模块（H5CNAG8NM 芯片）。我们将裸片图像添加到上表以供参考。

美光应用其 M-D1z 工艺技术节点，而三星和 SK 海力士采用 D1y 单元工艺（S-D1y 和 H-D1y）。因此，美光 (66.26 mm 2 ) 的 DDR5 裸片尺寸小于三星 (73.58 mm 2 ) 和 SK 海力士 的 (75.21 mm 2 )。

与三星和 SK 海力士相比，美光在 DDR5 上的单元尺寸和存储密度方面有更大的进步。事实上，美光 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 DR、不含钨（W）材料的多晶硅/氮化钛（TiN）电池栅极、更小的活动（active）/字线/位线间距、先进的SNLP（Storage Node Landing Pad）工艺和 SN 电容器工艺和材料以及CuMn/Cu金属工艺。

TechInsights 比较了 Micron、Samsung 和 SK 海力士 的 DDR4-3200 和 DDR5-4800 芯片的 DDR5 裸片尺寸、存储密度、DRAM 单元尺寸和 DR，如图 1 至图 4 所示。

图 1 – 美光、三星和 SK 海力士 的 16GB DRAM 芯片尺寸的图形比较：DDR4-3200 与 DDR5-4800。（来源：TechInsights）

图 2 – 美光、三星和 SK 海力士 的 16GB DRAM 存储密度的图形比较：DDR4-3200 与 DDR5-4800。（来源：TechInsights）

图 3 – 美光、三星和 SK 海力士 的 16GB DRAM 单元尺寸的图形比较：DDR4-3200 与 DDR5-4800。（来源：TechInsights）

图 4 – 美光、三星和 SK 海力士 的 16GB DRAM DR 的图形比较：DDR4-3200 与 DDR5-4800。（来源：TechInsights）

所有芯片每个裸片都有 16 GB 的内存容量，因此比较起来就更容易。对于 16-GB DDR4–3200 芯片，美光和 SK 海力士 使用 D1z 工艺节点，而三星的 16GB DDR4 使用 S–D1x 节点。美光和三星的 DDR4–3200 芯片保留了相同的裸片尺寸和存储密度，而 SK 海力士将裸片尺寸增加了 40%，并将存储密度降低了 28%，原因是 DDR5 上使用了较旧的工艺节点（DDR4 的 H-D1z 与.H–D1y 用于 DDR5)。

至于 DDR5 上的 DRAM 单元大小和单元 DR，美光保持 DDR4 单元大小，而三星将单元大小减少了 8.7%，DR 减少了 5%。另一方面，SK 海力士将单元大小增加了 11.8%，DR 增加了 5.7%。虽然今天的 DDR4 和 DDR5 的最高速度分别为 3.2 GB/s 和 4.8 GB/s，但 DDR5 的带宽在未来的迭代中将能够扩展到 8.4 GB/s。

TechInsights 预计更先进和更具颠覆性的 DDR5 产品将在 2022 年和 2023 年上市，包括提供更高带宽和性能的产品，包括 24 GB 或 32 GB 甚至与 TSV DRAM 堆栈相结合的多裸片DDR5 器件的 DDR5–6400 芯片（> 50 GB/s @96 GB DIMM）。

 制造商的目标是为 DDR 应用提供更高的密度、更高的容量、更高的速度、更高的能效和更好的可靠性。先进的 DDR5 技术已经在开发中，市场将继续增长，直到 2024 年末或 2025 年初下一代 DDR6 内存问世。

关于DDR6内存的技术规格，数据传输速度将比DDR5提升一倍。例如，对于 DDR6–9600，JEDEC 模块可以以大约 9,600 MB/s 的速度运行。此外，DDR6 还将每个模块的内存通道数量增加一倍，并将四个 16 位通道组合在 64 个内存块中。