5G應用助推DDR5時代將來臨

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的產品規劃并發布相應產品。美光科技更是于日前宣布交付全球首款量產化的LPDDR5，將搭載于即將上市的小米1 0智能手機之上。在經過多年等待之后，DDR5時代的腳步終于臨近。有分析認為，2020-2021年將有更多DDR5/LPDDR5產品被推出，2022-2023年DDR5/LPDDR5有望從高端市場向中端和消費級市場拓展，屆時DDR5將超越DDR4成為市場的主流。

內存廠紛紛推出DDR5

DDR5倍增了內存密度，能夠滿足數據中心對于日益增加的處理核心數、內存帶寬與容量等的需求。

2007年DRAM產業迎來DDR3時代，2012年正式步入DDR4。JEDEC規范組織雖然在2017年即已開始制定DDR5標準，但是預計最終規范要到2020年才能全部完成。不過在最終標準制定完成的同時，內存廠商也在致力于相關產品的開發。

2015年時，三星電子就已經開始研究DDR4的下一代產品，并披露出部分技術細節和規劃。美光科技、SK海力士也不甘落后，紛紛加緊布局開發。2018年10月，Ca-dence展示了首款DDR5內存驗證模組，其中DRAM芯片來自美光科技，而接口層則采取自研，產品容量16GB，數據傳輸速率4.4Gbps。

在2019的ISSCC會議上，SK海力士芯片設計師Dongkyun Kim發表了DDR5的開發進展。這是一款容量16GB、工作電壓1.1V的芯片，工藝節點采用1y納米，封裝面積76.22平方毫米。三星電子也描述了一款10納米級別的LPDDR5，在1.05V電壓下，數據傳輸速率可達到7.5Gbps。

在今年的國際消費電子展（CES 2020）上，美光科技宣布開始向客戶出樣DDR5。產品將基于1z納米工藝，性能相比DDR4提升了85%。美光科技數據中心營銷總監Ryan Baxter表示，由于DDR5倍增了內存密度，能夠滿足數據中心對于日益增加的處理器核心數、內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，并為接下來一年內所需的產量預做準備。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，數據傳輸速率4.8Gbps，最高容量可達到64GB。 2月6日，美光科技再次宣布，它實現了全球首款LPDDR5的量產，產品將搭載于即將上市的小米10智能手機之中。

與DDR4內存相比，DDR5的性能更強、功耗更低，數據傳輸速率起步4.8Gbps，最高為6.4Gbps。電壓從1.2V降低到1.1V，同時每通道32/40位（ECC）、總線效率提高、增加預取的Bank Group數量以改善性能等。

2022年將成市場主流

基于更多應用市場的推進.2022-2023年DDR5/IPDDR5有望超越DDR4成為市場主流。

隨著DDR5/LPDDR5的逐步量產推出，人們開始關心其是否會被市場接受？何時替代DDR4成為市場主流？

對此，美光科技移動產品事業部市場副總裁Christopher Moore認為，5G網絡的部署將大大促進LPDDR5的應用與普及。5G網絡具有高速的特點，也會要求有LP-DDR5這樣更高速和性能更好的內存進行配套，提升終端設備的運行體驗。美光此次推出的LPDDR5最大數據傳輸速率達到6.4Gbps。5G來臨之際，一些手機應用對內存帶寬的要求非常高，高像素攝像頭在LPDDR4下需要數秒時間才能夠完成處理并且存儲，而如果使用LPDDR5就會是一個無縫的過程。如果消費者同時運行多個App，比如捕捉視頻、打AI游戲，并進行屏幕分享，在使用LPDDR4的情況下就很容易出現瓶頸，但對LPDDR5應付起來還是綽綽有余的。2020年全球將大規模部署5G網絡，LPDDR5的高帶寬和低功耗對消除5G數據瓶頸將起到關鍵作用。相信未來隨著5G應用的普及，今后一兩年中將會出現更多充分利用高速網絡和內存技術的應用場景。

服務器端對DDR5的導入也將提速。Ryan Baxter認為，因為企業和云端服務器領域都在推動其內存子系統的性能提升，服務器CPU內核數量迅度增加，近幾年每年增加10% - 15%，預計在未來4-5年內將增加25%。這就需要更高速率的內存予以配合。在平臺方面，AMD預計在2021年發布的2en4處理器上更換插槽，支持DDR5內存。英特爾雖沒有明確過14nm及10nm處理器是否會支持DDR5內存，但官方路線圖顯示2021年的7nm工藝Sapphire Rapids處理器會上DDR5，應用于服務器產品之中。

還有一個潛在的領域就是汽車。Chris -topher Moore表示，在自動駕駛汽車的發展過程中有越來越多的LPDDR3和LPD-DR4被使用。隨著汽車走向智能化，相信未來將會有越來越多LPDDR5的應用空間。

此外，人工智能在越來越多的應用中被廣泛部署，這需要先進的內存解決方案，以確保更快速、更有效的數據訪問。DDR5和LPDDR5能夠為直接構建在服務器和移動設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出色的數據傳輸速率來支撐機器學習能力。

從目前DDR5/LPDDR5產品的量產情況來看，大規模投入市場的時間應該在2020-2021年。此時英特爾或AMD都應該推出了支持DDR5的全新平臺，移動端的高端市場此時也將采用LPDDR5。基于這些應用市場的推進，到2022-2023年DDR5/LPDDR5有望超越DDR4成為市場主流。

1z工藝之后還有更多

隨著工藝的演進，DDR5/LPD-DR5將實現更小的裸片的尺寸、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的重要看點之一。Christopher Moore表示，此次發布的12GB容量LPDDR5采用的是1y納米的量產技術。但是今年晚些時候美光將推出1z納米級的產品。工藝從1y過渡到1z，肯定會在功耗效率上有更進一步的提升，也會支持更多不同的容量點。Baxter也表示，新的DDR5芯片將采用1z納米工藝打造，美光希望以完全優化的工藝量產DDR5。

Objective Analysis首席分析師JimHandy表示，在價格低時盡可能地轉向1z納米工藝是廠商的合理選擇，可讓內存企業在價格回升之前取得利潤。DDR5/LP-DDR產品并不會止步于1z工藝，未來還將往更高工藝水平提升，推出16GB、24GB、32GB等更高容量的產品。據了解，內存廠在目前的1z納米工藝之后，還規劃了1α、1β和1γ節點，將繼續提升內存的存儲密度。這也將是DDR5的一個重要特征。總的趨勢是，隨著工藝的演進，DDR5/LPDDR5將實現更小的裸片的尺寸、更低的成本、更低的功耗以及更大的容量。