В то время как DDR5 еще финализировалась, DDR6 только начинала обсуждаться, даже когда дизайнеры, уже привыкшие к DDR4, сталкивались с новой версией этой классической технологии RAM. Перемотаем вперед до сегодняшнего дня, и вот планки оперативной памяти DDR5 только что поступили на рынок, а тем временем крупнейшие имена в полупроводниковой индустрии работают над DDR6. Дизайнеры, работающие в области сверхвысоких скоростей, будут доводить скорости тактовой частоты и передачи данных до новых уровней, чтобы извлечь еще больше данных из своих памятей.
Переход от предыдущих поколений DDR к DDR5 и DDR6 влечет за собой новую упаковку, новые тактовые частоты и коды коррекции ошибок, добавленные к потокам битов, и, конечно, более высокую скорость передачи данных. Так что же еще могут ожидать дизайнеры от оперативной памяти DDR6? Давайте рассмотрим сравнение этих двух технологий, поскольку сравнение поможет увлеченному дизайнеру компьютерных периферийных устройств подготовиться к использованию обеих.
DDR является одной из немногих технологий, которая по-прежнему в основном представляет собой параллельную шину с комбинацией однополярных и дифференциальных сигналов. Начиная с оригинальных спецификаций DDR и до DDR5 и DDR6, топология маршрутизации и возможности этих систем значительно эволюционировали со временем. В таблице ниже сравниваются некоторые критические характеристики технологий DDR до текущей спецификации DDR5 и ожидаемых возможностей в спецификации DDR6.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Приведенная выше таблица показывает, что непрерывное удвоение в базовом стандарте также используется в DDR5 и DDR6. Стандарт JEDEC ожидает, что технология DDR будет масштабироваться до 8 ГГц к 2024 году. Для сравнения, посмотрите на скорости в коммерчески доступных модулях ОЗУ (и соответствующих модулях GDDR), показанных на графике ниже (графика предоставлена Keysight).
До DDR3 и DDR4 разработчикам нужно было беспокоиться о проектировании с контролируемым импедансом, поддержании согласованности длин и предотвращении перекрестных помех в шине. Как только вы переходите к DDR4 и выше, проблемы, такие как дисперсия, джиттер и шероховатость меди, начинают вносить больший вклад в целостность сигнала, поскольку полосы пропускания продвигаются дальше в уровни ГГц. DDR5 еще больше продвигает это, но в некоторой степени изменяет топологию и добавляет новые возможности для коррекции ошибок и восстановления сигнала на приемнике.
DDR5 и DDR6 удваивают максимальную скорость передачи данных DDR4 (и еще одно удвоение в DDR6), увеличивая скорость шин, а не их ширину. Вы все еще сталкиваетесь с проблемами трассировки DDR4, связанными с размещением параллельных однопроводных сетей, но эти каналы значительно короче. Шины также будут работать достаточно быстро, что типичные каналы обычно будут электрически длинными, так что ошибки битов будут определяться потерями на вставке вдоль соединений.
Некоторые аспекты стандартов DDR5 и DDR6 не изменились по сравнению с DDR4:
Основное изменение в DDR5 и DDR6 заключается в разделении шины с одного 64-битного канала на два 32-битных канала. Каждый из этих каналов имеет свои собственные коды коррекции ошибок (8 бит), применяемые отдельно к каждому каналу. Это делает эквивалентную ширину шины шире, когда коды коррекции ошибок включены в шину.
Пример модуля оперативной памяти DDR5, предоставленный компанией Rambus, показан ниже. В этом примере каналы разделяются по обе стороны от чипа регистрируемого драйвера часов (RCD), который обеспечивает распределение сигнала часов каждому модулю DRAM. Такое разделение каналов требует также разделения дифференциального сигнала часов на два канала. Указанная причина такого подхода - помощь в поддержании целостности сигнала в каждом канале. DDR6 следует тому же подходу, но с 4 каналами по 16 бит каждый, вместо 2 каналов.
Наконец, модули оперативной памяти будут иметь собственное регулирование питания, применяемое непосредственно на модуле, вместо того чтобы полагаться на регулирование питания от основной платы. Установка регулятора на модуль обеспечивает изоляцию от основной шины питания за счет выпрямления в схеме регулятора. Это полезно, поскольку другие компоненты будут потреблять энергию от основной шины питания, и их помехи могут передаваться на модуль, несмотря на примененное развязывание. Регулятор обеспечивает некоторую естественную изоляцию и позволяет переместить стратегию развязывания (использование декаплеров и дизайн стека) на модуль.
Чтобы решить проблему потерь на вставке, о которой я упоминал выше, DDR5 и DDR6 оба используют коррекцию на основе обратной связи по решениям (DFE) для помощи в восстановлении сигнала на приемнике. Эта техника помогает раскрыть "глаз" в потоке бит, так что уровни сигналов могут быть четко интерпретированы при их приеме. Это стандартный подход к решению проблемы восстановления сигнала в каналах, доминируемых потерями на вставке, когда полосы пропускания начинают растягиваться до очень высоких частот.
Необходимость в эквализации возникает из-за полос пропускания сигналов в DDR5 и DDR6. Оба стандарта требуют чипов, которые увеличивают полосы пропускания на краевых переходах настолько высоко, что эффекты, такие как шероховатость и дисперсия, становятся чрезмерными. Уровень сигнала также ниже в DDR5 и DDR6 по сравнению с предыдущими поколениями. Результатом является чрезмерное ослабление на высоких частотах и закрытие "глаза" в потоке бит. DFE - это одна из техник эквализации, которая помогает открыть "глаз", так что уровни сигналов в потоке бит могут быть различены. Она также используется в новейших редакциях стандартов других протоколов высокой скорости.
Проблемы с DDR6 RAM возникают в основном на уровне чипа, но те же проблемы на уровне платы, что и в DDR5, также применимы к DDR6 RAM. Проблема с целостностью питания в DDR5, о которой я упоминал выше, не исчезнет в DDR6 RAM. Проблема с целостностью питания в DDR6 заключается в расширении плоского импеданса PDN до более высоких частот сигнала после наложения модуляции на сигналы DDR6. Расширение плоского импеданса PDN до более высоких частот связано с поддержанием низкого джиттера на стороне передатчика, что, в свою очередь, позволяет поддерживать достаточно низкий уровень межсимвольной интерференции на стороне приемника, чтобы сигналы могли быть разрешены с помощью эквализации. Микросхемы управления питанием на плате для модулей DDR5 также появятся на модулях DDR6 RAM для регулирования питания по всему модулю.
Существует множество других проблем проектирования, которые следует учитывать в DDR5 и DDR6, но перечисленные выше, безусловно, являются наиболее значительными. Вы можете прочитать больше о проблемах проектирования печатных плат DDR5 в предыдущей статье. DDR6 еще даже не доступна в коммерческой продаже, а уже существуют прогнозы относительно производительности DDR7. Одним из основных применений этой архитектуры памяти могут быть игры в 8K, VR/AR и любой другой погружающий опыт, зависящий от видео сверхвысокого качества.
Когда появляются новые технологии, такие как DDR5 против DDR6 RAM, вам нужны функции проектирования в Altium Designer®, если вы хотите лидировать в развитии технологий. Altium Designer включает в себя набор мощных функций компоновки и трассировки, идеально подходящих для приложений с высокой скоростью передачи данных. Altium Designer на Altium 365 обеспечивает беспрецедентный уровень интеграции в электронной промышленности, который до сих пор был ограничен миром разработки программного обеспечения, позволяя дизайнерам работать из дома и достигать беспрецедентных уровней эффективности.
Мы только начали раскрывать возможности использования Altium Designer на Altium 365. Вы можете посетить страницу продукта для более подробного описания функций или один из вебинаров по запросу.