DDR5 so với DDR6: Đây là những gì bạn có thể mong đợi ở các mô-đun RAM

Khi DDR5 vẫn đang được hoàn thiện, DDR6 mới chỉ được thảo luận, ngay cả khi những nhà thiết kế đã quen với DDR4 đang vật lộn với phiên bản mới của công nghệ RAM cổ điển này. Tiến nhanh đến ngày nay, và các thanh RAM DDR5 vừa mới ra mắt thị trường, trong khi đó những tên tuổi lớn nhất trong ngành bán dẫn đang làm việc trên DDR6. Những nhà thiết kế làm việc trong lĩnh vực cực nhanh sẽ đưa tốc độ đồng hồ và dữ liệu lên một tầm cao mới để lấy thêm nhiều dữ liệu ra từ bộ nhớ của họ.

Sự chuyển đổi từ các thế hệ DDR trước đó sang DDR5 và DDR6 mang lại bao bì mới, mã đồng hồ và mã sửa lỗi mới được thêm vào dòng bit, và tất nhiên là tốc độ truyền dữ liệu cao hơn. Vậy nhà thiết kế có thể mong đợi điều gì khác từ RAM DDR6? Hãy cùng xem xét sự so sánh giữa hai công nghệ này vì việc so sánh sẽ giúp nhà thiết kế phụ kiện máy tính nhiệt huyết chuẩn bị sử dụng cả hai.

Từ DDR1 đến DDR5 và Hơn thế nữa

DDR là một trong số ít các công nghệ vẫn chủ yếu là một bus song song với sự kết hợp của các tín hiệu đơn và tín hiệu chênh lệch. Từ các thông số kỹ thuật DDR ban đầu cho đến DDR5 và DDR6, topology định tuyến và khả năng của các hệ thống này đã phát triển đáng kể theo thời gian. Bảng dưới đây so sánh một số thông số kỹ thuật quan trọng của các công nghệ DDR cho đến thông số kỹ thuật DDR5 hiện tại và khả năng dự kiến trong thông số kỹ thuật DDR6.
 

Bảng trên cho thấy việc nhân đôi liên tục trong tiêu chuẩn cơ bản cũng được áp dụng cho DDR5 và DDR6. Tiêu chuẩn JEDEC kỳ vọng công nghệ DDR sẽ mở rộng lên đến 8 GHz vào năm 2024. Để có cái nhìn tổng quan, hãy xem tốc độ trong các mô-đun RAM có sẵn trên thị trường (và các mô-đun GDDR liên quan) được hiển thị trong biểu đồ dưới đây (đồ họa được cung cấp bởi Keysight).

Đến DDR3 và DDR4, các nhà thiết kế cần phải lo lắng về việc thiết kế theo trở kháng kiểm soát, duy trì sự khớp chiều dài, và ngăn chặn sự nhiễu chéo trong bus. Khi bạn đạt đến DDR4 và cao hơn, các vấn đề như sự phân tán, jitter, và độ nhám của đồng bắt đầu góp phần nhiều hơn vào tính toàn vẹn tín hiệu khi băng thông được đẩy xa hơn vào cấp độ GHz. DDR5 đẩy điều này xa hơn nữa, nhưng nó thay đổi một chút về topology và thêm vào các khả năng mới cho việc sửa lỗi và phục hồi tín hiệu tại bộ thu.

Topology của DDR5 và DDR6

DDR5 và DDR6 nhân đôi tốc độ dữ liệu cao nhất của DDR4 (và nhân đôi một lần nữa trong DDR6) bằng cách làm cho bus nhanh hơn, thay vì rộng hơn. Bạn vẫn phải đối mặt với thách thức về định tuyến DDR4 về việc bố trí các mạng đơn kết thúc song song, nhưng các kênh này ngắn hơn nhiều. Bus cũng sẽ chạy đủ nhanh đến mức các kênh thông thường thường sẽ dài về mặt điện, vì vậy lỗi bit sẽ chủ yếu do mất chèn dọc theo các kết nối.

Một số điểm trong tiêu chuẩn DDR5 và DDR6 không thay đổi so với DDR4:

• Mã sửa lỗi vẫn được duy trì
• Tổng chiều rộng bus là 64-bit
• Topo hình bay vẫn được sử dụng trong định tuyến

Sự thay đổi lớn trong DDR5 và DDR6 là việc chia bus từ một kênh 64-bit thành hai kênh 32-bit. Mỗi kênh trong hai kênh này đều có mã sửa lỗi riêng của mình (8 bit) được áp dụng riêng biệt cho mỗi kênh. Điều này làm cho chiều rộng bus tương đương rộng hơn khi mã sửa lỗi được bao gồm trong bus.

Một ví dụ về mô-đun RAM DDR5 được cung cấp bởi Rambus được hiển thị dưới đây. Ví dụ này chia các kênh ra ở mỗi bên của chip điều khiển đồng hồ đã đăng ký (RCD), chip này cung cấp phân phối đồng hồ cho mỗi mô-đun DRAM. Việc chia các kênh theo cách này đòi hỏi phải chia đồng hồ sai biệt ra thành hai kênh nữa. Lý do được đưa ra cho việc này là để hỗ trợ tính toàn vẹn tín hiệu trong mỗi kênh. DDR6 tuân theo cùng một cách tiếp cận, nhưng với 4 kênh ở mỗi 16 bit thay vì 2 kênh.

Cuối cùng, các mô-đun RAM sẽ có quy định nguồn điện riêng được áp dụng trực tiếp trên mô-đun, thay vì dựa vào quy định nguồn điện từ bo mạch chính. Việc đưa một bộ điều chỉnh lên mô-đun cung cấp sự cô lập khỏi đường ray nguồn chính thông qua việc chỉnh lưu trong mạch điều chỉnh. Điều này có lợi vì các thành phần khác sẽ rút nguồn từ đường ray nguồn chính, và sự dao động của chúng có thể truyền sang mô-đun mặc dù đã áp dụng giải pháp giảm nhiễu. Bộ điều chỉnh cung cấp một số sự cô lập tự nhiên và cho phép chiến lược giảm nhiễu (decaps và thiết kế stackup) được chuyển sang mô-đun.

DDR5 và DDR6 Equalization

Để giải quyết vấn đề mất chèn mà tôi đã đề cập ở trên, DDR5 và DDR6 đều áp dụng kỹ thuật bù đắp phản hồi quyết định (DFE) để hỗ trợ khôi phục tín hiệu tại bộ thu. Kỹ thuật này giúp mở rộng "mắt" trên một dòng bit để các mức tín hiệu có thể được giải mã một cách rõ ràng khi chúng được nhận. Đây là một phương pháp tiêu chuẩn để giải quyết vấn đề khôi phục tín hiệu trong các kênh bị chi phối bởi mất chèn khi băng thông bắt đầu mở rộng đến các tần số rất cao.

Nhu cầu về bù đắp phát sinh do băng thông tín hiệu trong DDR5 và DDR6. Cả hai tiêu chuẩn đều yêu cầu các chip đẩy băng thông ở các chuyển đổi cạnh lên cao đến mức mà các hiệu ứng như độ nhám và sự phân tán trở nên quá mức. Mức tín hiệu cũng thấp hơn trong DDR5 và DDR6 so với các thế hệ trước. Kết quả là sự suy giảm quá mức ở các tần số cao và sự đóng cửa của "mắt" trong một dòng bit. DFE là một kỹ thuật bù đắp giúp mở "mắt" để các mức tín hiệu trong một dòng bit có thể được phân biệt. Nó cũng được sử dụng trong các phiên bản tiêu chuẩn mới nhất của các giao thức tốc độ cao khác.

Thách thức Thiết kế PCB trong DDR5 so với DDR6 RAM

Những thách thức trong RAM DDR6 chủ yếu xuất hiện ở cấp độ chip, nhưng những thách thức ở cấp độ bo mạch như trong DDR5 cũng áp dụng cho RAM DDR6. Thách thức về tính toàn vẹn nguồn trong DDR5 mà tôi đã đề cập ở trên không biến mất trong RAM DDR6. Thách thức về tính toàn vẹn nguồn với DDR6 là việc mở rộng trở kháng PDN phẳng ra đến các băng thông tín hiệu cao hơn một khi điều chế được áp dụng lên tín hiệu DDR6. Việc mở rộng trở kháng PDN phẳng ra đến các tần số cao hơn là tất cả về việc giữ cho jitter ở phía Tx thấp, điều này sau đó giữ cho ISI ở phía Rx đủ thấp để các tín hiệu có thể được giải quyết với sự cân bằng. IC quản lý nguồn trên bo cho các mô-đun DDR5 cũng sẽ xuất hiện trên các mô-đun RAM DDR6 để giúp điều chỉnh nguồn điện xuyên suốt mô-đun.

Có rất nhiều thách thức thiết kế khác cần xem xét trong DDR5 và DDR6, nhưng những thách thức được liệt kê ở trên có lẽ là lớn nhất. Bạn có thể đọc thêm về thách thức thiết kế PCB DDR5 trong một bài viết trước. DDR6 thậm chí chưa có sẵn trên thị trường, và vẫn đã có những dự đoán về hiệu suất cho DDR7. Một trong những ứng dụng chính của kiến trúc bộ nhớ đó có thể là chơi game 8K, VR/AR, và bất kỳ trải nghiệm nhập vai nào khác dựa trên video chất lượng cực cao.

Khi các công nghệ mới như DDR5 so với DDR6 RAM xuất hiện, bạn cần những tính năng thiết kế trong Altium Designer® nếu bạn muốn dẫn đầu trong phát triển công nghệ. Altium Designer bao gồm một bộ các tính năng bố trí và định tuyến mạnh mẽ, lý tưởng cho các ứng dụng tốc độ cao. Altium Designer trên Altium 365 mang lại một lượng tích hợp chưa từng có cho ngành công nghiệp điện tử, trước đây chỉ giới hạn trong thế giới phát triển phần mềm, cho phép các nhà thiết kế làm việc từ xa và đạt được mức độ hiệu quả chưa từng có.

Chúng ta mới chỉ khám phá bề mặt của những gì có thể thực hiện với Altium Designer trên Altium 365. Bạn có thể kiểm tra trang sản phẩm để biết mô tả tính năng sâu hơn hoặc một trong những Webinar Theo Yêu Cầu.