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郭紫文

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自1946年以來，馮諾依曼架構以“儲存程式”的計算機設計理念，奠定了計算機科學軟體與硬體分離的基礎。在馮諾依曼架構中，計算與儲存可謂是計算機發展的核心驅動。直到如今，記憶體仍然在計算機中扮演著非常重要的角色。

隨著海量資料爆發式增長，對算力的要求日益提高，記憶體也隨之朝向更高容量、更快速度、更低能耗、更小尺寸等方向不斷髮展。為滿足日趨複雜多元的市場需求，業界始終在尋求DDR記憶體效能、容量與功耗等方面的平衡。從DDR到DDR5，DDR記憶體標準及規格發生了“翻天覆地”的變化，工作電壓逐漸降低，晶片容量和資料速率不斷提升，記憶體頻寬也得到大幅提高。

DDR記憶體持續推陳出新

縱觀DDR記憶體演進過程，其迭代升級與處理器的效能提升息息相關。發展初期，處理器算力和資料量還不算很大，記憶體直接以DIP晶片形式存在。隨後，處理器對記憶體容量的需求不斷增大，記憶體進入SIMM時代。從30Pin到72Pin的迭代過程中，單個記憶體位寬從8位增加到32位，記憶體容量也從256KB增長至512KB甚至更大。

隨著處理器算力和效能不斷提高，對記憶體的容量和效能也提出了更高的要求，DIMM記憶體應運而生。DIMM標準SDR SDRAM頻寬提高至64位，與處理器匯流排寬度一致，大幅降低了系統成本。而後，英特爾與Rambus聯合推出Rambus DRAM，但由於成本高昂、頻率高、效率低等問題尚未全面普及開來。

最終成功走進市場的是DDR SDRAM，即雙倍資料率同步動態隨機存取儲存器。與SDR SDRAM相比，DDR SDRAM在時鐘週期內，遇上升沿與下降沿都將觸發訊號傳輸，功耗並未增加，但資料傳輸速率卻提升了一倍。同時，為了平衡記憶體控制器相容性與效能，定址和控制訊號僅遇上升沿傳輸。

對於最新的DDR5標準，與DDR4相比，DDR5在效能、容量和功耗上都有著大幅度提升。可以直觀地看到，DDR4資料傳輸速率最大能達到3。2Gbps，而在全新的DDR5標準下，首次便以4。8Gbps為基準，最高資料傳輸速率能夠達到8。4Gbps，比DDR4資料速率提升了50%以上。從記憶體電壓來看，DDR5記憶體電壓也從DDR4的1。2V降低至1。1V，訊號源則更新為PODL訊號。

DDR5效能指標（圖源：JEDEC）

在通道架構方面，DDR5每個DIMM上有兩個通道，且每DIMM提供兩個獨立的40位資料通道（包含8位ECC），快取記憶體行仍為64位元組。雖然記憶體引腳數量並沒有改變，仍然是288個，但單個引腳定義不同，因而並不能向下相容。因此，記憶體執行延時降低，記憶體效率得到大幅提升。此外，DDR5 SDP提升至64GB，DIMMs容量也提升至256GB。透過全新的堆疊技術，DDR5實現了16個DRAM堆疊。

DDR5記憶體結構（圖源：Rambus）

走進DDR5記憶體時代

在JEDEC固態技術協會於2017年宣佈DDR5記憶體標準的釋出計劃之後，三星、美光、SK海力士等諸多頭部玩家紛紛開始押注DDR5記憶體，企圖以迭代速度爭奪市場話語權。然而，直至2020年7月，DDR5記憶體標準才正式釋出，這比JEDEC預計的時間要晚了整整兩年，但記憶體頻率起步4800MHz，比預想中要高得多。

對於DDR5記憶體標準，JEDEC固態技術協會將其視為具有革命意義的記憶體架構。隨著資料中心、邊緣計算等迅速發展，尤其在“東數西算”工程全面啟動之後，對於低延遲、低功耗、大頻寬和高速率的需求進一步提高。據Yole預測，2022年開始，DDR5記憶體市場將從伺服器市場切入，不斷擴充套件至手機、膝上型電腦和PC等主流市場。預計至2023年，DDR5將廣泛應用於這些領域，出貨量也將持續提高，並逐步完成從DDR4到DDR5的應用過渡。

在晶片供應商和模組廠商不斷加大DDR5記憶體佈局的趨勢下，英特爾、AMD等廠商也陸續推出支援DDR5記憶體的產品及平臺。前段時間，Tom‘s Hardware訊息指出，三星和SK海力士已經有計劃停止DDR3記憶體的生產。這也意味著，DDR3記憶體即將退場，而DDR5記憶體將進入放量增長的黃金髮展期，生態系統也將進一步完善。

DDR5記憶體的真正普及需要兩到三年時間，而據市場調研機構Omdia預測，在整個DRAM市場中，2022年DDR5記憶體市場佔有率將達到10%，而在2024年，這一份額將進一步提升至43%。