تولد رم‌های DDR5 و شروع دنیای جدید در سخت افزار

در ماه های اخیر بحث در مورد نسل بعدی حافظه DDR  بسیار سر و صدا داشته است زیرا تولید کنندگان قبل از عرضه کامل محصول ، وسایل نقلیه آزمایشی متنوعی را به نمایش می گذارند. سیستم عامل هایی که قصد استفاده از DDR5 را دارند نیز به سرعت در حال نزدیک شدن هستند ، انتظار می رود اولین حضور آنها در سمت شرکت قبل از این باشد که به آرامی به مشتری برسد. همانند همه این موارد ، توسعه به صورت مرحله ای انجام می شود.

پس از سالها توسعه ، SK Hynix اولین DRAM DDR5 جهان را معرفی کرد. اولین کیت ها در ابتدا با سرعتی از 4800-5،600 مگابیت بر ثانیه کار خواهند کرد ، که آنها را با بهترین DDR4 اورکلاک شده امروز در بازار قرار می دهد و آنها این کار را با قدرت کمتر ، تراکم بیشتر و تصحیح بهتر خطا انجام می دهند.قبل از ورود به مبحث DDR5 بیایید ابتدا در خصوص این قطعه کاربردی اطلاعات بیشتری کسب کنیم.

یکی از قطعات پرکاربرد در گجت های هوشمند امروزی حافظه رم است که نسل های مختلف آن با پیشوند DDR مشخص می شود. به طور کلی رم های DDR  (مخفف عبارت Graphics Double Data Rate) با فرکانس و تأخیر مشخصی عرضه می شوند که در سال های اخیر پیشرفت مناسبی هم داشته است. آخرین نسل از حافظه های DDR به نام DDR4 در سال 2014 منتشر شد .

رم‌های DDR5 ( یا به‌بیان دقیق‌تر SDRAMهای DDR5) قرار است با مصرف انرژی کمتر و پهنای باند دوبرابری نسبت به رم‌های DDR4، جهش عملکرد قابل‌توجهی برای کامپیوترهای خانگی و سرور با خود به‌همراه بیاورند. وظیفه‌ی تنظیم استاندارد رم‌های DDR5 برعهده‌ی «اتحادیه‌ی فناوری‌های حالت جامد JEDEC» است.

حافظه‌های رم DDR5 درست مانند رم‌های DDR4 از کانکتور ۲۸۸ پین استفاده می‌کنند؛ با این تفاوت که طراحی فیزیکی رم به‌گونه‌ای است که کاربر نتواند به‌اشتباه رم‌های DDR5 را در اسلات DDR4 (یا بالعکس) قرار بدهد. هنوز مشخص نیست که آیا SK Hynix وارد فاز آزمایش تراشه‌های رم خود با توسعه دهندگان پلتفرم‌های سرور شده است یا خیر؛ اما به‌نظر می‌رسد که بیشتر سازندگان رم، برنامه‌ی عرضه‌ی خود را با تولیدکنندگان CPU هماهنگ کرده‌اند. حافظه‌های DDR5 در این بخش به یک قابلیت موسوم به Decision Feedback Equalization مجهز شده‌اند. DFE به معنی کاهنده تداخل است. با افزایش برابرسازی بهبود یافته، شاهد سیگنال‌هایی مطلوب‌تر در بخش بأس حافظه‌های DDR5 خواهیم بود. بدین ترتیب نرخ نقل و انتقال داده‌ها نیز افزایش خواهد یافت.

انجمن JEDEC کاهش ولتاژ و جریان‌ها را نیز فراموش نکرده است. اگر چه این بهبود انقلابی نبوده و نمی‌تواند یک اختلاف بزرگ قلمداد شود، اما یک پیشرفت در کنار افزایش بازدهی عملکرد بالا است. ولتاژ Vdd در حافظه‌های DDR5 به 1.1 ولت کاهش یافته است. جالب است بدانید که در حافظه‌های DDR5، مدیریت و تنظیم ولتاژ از مادربرد حذف شده و به درون DIMM انتقال یافته است. از کلاس SDIMM گرفته تا UDIMM و LRDIMM، شاهد استفاده از کنترلر ولتاژ داخلی هستیم. بدین ترتیب شاهد کاهش پیچیدگی و قیمت مادربردها خواهیم بود.

در حافظه‌های DDR5، هر ماژول همچنان دارای 288 پایه است. ثابت ماندن تعداد پایه‌ها، به معنی پشتیبانی از سوکت های فعلی نبوده و برای حافظه‌های DDR5 به یک بازطراحی جدید در بخش رم و اسلات مادربردها نیاز داریم. گذرگاه‌های آدرس و درخواست (دستور) کوچک و تقسیم بندی شده است. پایه‌های دیگر برای گذرگاه‌های داده، در حافظه‌های ثانویه مورد استفاده قرار می‌گیرند. رم‌های DDR5 به جای استفاده از یک بأس CA نوع 24 بیتی از دو بأس CA نوع 7 بیتی بهره می‌برند که هر یک از آنها برای یک کانال مورد استفاده قرار خواهند گرفت.

در نهایت پس از مدت‌ها انتظار، انجمن استاندارد گذاری JEDEC Solid State Technology Association، به طور رسمی مشخصات حافظه‌های رم DDR5 را معرفی کرده و خط بطلانی بر تمام داده‌های غیر رسمی و حواشی اخیر کشید. این شما و این هم حافظه‌های رم DDR5 به همراه تاریخ انتشار در بازار سخت افزار.

در ابتدا، حافظه‌های DDR5 برای انتشار در سال 2018 برنامه ریزی شده بودند؛ با این وجود این تأخیر طولانی چیزی از ارزش مؤلفه های استاندارد DDR5 کم نکرده و به نظر می‌رسد که حافظه‌های DDR4 پاسخگویی مناسب برای سیستم‌های سخت افزاری تا به امروز بوده‌اند. به مانند ارتقاءهای دیگر در استاندارد DDR، استاندارد DDR5 نیز با تمرکز بر افزایش تراکم حافظه، سرعت و پهنای باند معرفی شده است.

حافظه‌های DDR5 در نوع SDRAM تراشه‌های نیمه هادی 64 گیگابیتی پشتیبانی کرده و بدین ترتیب امکان ساخت ماژول‌هایی با ظرفیت حداکثر 128 گیگابایت ممکن خواهد شد. این در حالی است که بیشینه ظرفیت در حافظه‌های DDR4، برابر با 32 گیگابایت بوده و سازندگان رم به تراشه‌های 16 گیگابیتی محدود بوده‌اند. در نتیجه ظرفیت حافظه‌های DDR5 تا 4 برابر به نسبت حافظه‌های DDR4 افزایش یافته است.

استاندارد DDR5 در استانداردهای سرور مانند LRDIMM می‌تواند به حافظه مؤثر 4 ترابایت نیز دست یابد. با این وجود استفاده از تراشه‌هایی با ظرفیت بالا، به پیشرفت سازندگان حافظه‌های نیمه هادی نیز بستگی دارد. از آنجایی که این استاندارد (DDR5) تا چند سال مهمان دنیای سخت افزار خواهد بود، در اوایل کار شاهد معرفی رم‌هایی با مشخصات فنی پایین‌تر نیز خواهیم بود. اما با پیشرفت تراشه‌های حافظه، به مرور زمان گام‌های بزرگی در حوزه ظرفیت و سرعت برداشته می‌شود. درست به مانند حافظه‌های DDR4.

بخش مهمی از استاندارد DDR5 به افزایش سرعت و پهنای باند اختصاص دارد. مشخصات DDR5 بسیار بالاتر از چیزی است که در ابتدا تصور می‌شد؛ در نسخه‌های پیشین، شاهد آغاز سرعت از نقطه‌ای هستیم که حداکثر سرعت در استاندارد پیشین بوده است. به عنوان مثال، حافظه‌های DDR3 دارای بیشینه سرعت 1.6 گیگابیت در ثانیه بوده و حافظه‌های DDR4 نیز استارت کار را با همین سرعت زده‌اند. اما در مورد DDR5 این مورد نیز متفاوت است.

حافظه‌های DDR5 با پهنای باند 4.8 گیگابیت در ثانیه، تقریباً 50 درصد سریع‌تر از حافظه‌های DDR4 با سرعت 3.2 گیگابیت در ثانیه آغاز به کار خواهند کرد.

یکی دیگر از تغییراتی که در ساختمان حافظه‌های DDR5 ایجاد شده است، بهبود عملکرد به‌روزرسانی در بانک‌های حافظه است. بانک‌های حافظه در لایه‌هایی پایینی حافظه‌های رم قرار دارند؛ در حافظه‌های DDR5، وظیفه این بخش به‌روزرسانی یک بانک داده در زمان استفاده از بانک دیگر است.

بدین ترتیب سرعت خروج ریشارژ خازن از مسیر افزایش یافته و علاوه بر کاهش تأخیرها، بانک‌های خالی و غیر فعال زودتر در دسترس قرار خواهند گرفت. بیشینه تعداد گروه‌های بانکی در حافظه‌های DDR5 از 4 به 8 عدد افزایش یافته است؛ یکی از ویژگی‌های دیگر این بخش، به حداقل رساندن کاهش عملکرد در خواندن‌های ترتیبی حافظه است.

افزایش سرعت بأس در حافظه‌های رم به صورت همزمان دشوار و آسان به نظر می‌رسد. در ابتدا ایده اصلی ساده به نظر رسیده اما پیاده سازی آن دشوار است. برای افزایش سرعت حافظه‌های DDR5 تا دو برابر به نسبت حافظه‌های DDR4، نیازمند گسترش بأس هستیم. افزایش سرعت بأس با اقدامات بسیاری پیگیری شده است؛ با این وجود هیچ یک از آنها به اندازه تغییراتی مانند QDR و هدایت سیگنال به صورت دیفرانسیل موفقیت آمیز نبوده‌اند.

حافظه‌های DDR5 در این بخش به یک قابلیت موسوم به Decision Feedback Equalization مجهز شده‌اند. DFE به معنی کاهنده تداخل است. با افزایش برابرسازی بهبود یافته، شاهد سیگنال‌هایی مطلوب‌تر در بخش بأس حافظه‌های DDR5 خواهیم بود. بدین ترتیب نرخ نقل و انتقال داده‌ها نیز افزایش خواهد یافت.

انجمن JEDEC کاهش ولتاژ و جریان‌ها را نیز فراموش نکرده است. اگر چه این بهبود انقلابی نبوده و نمی‌تواند یک اختلاف بزرگ قلمداد شود، اما یک پیشرفت در کنار افزایش بازدهی عملکرد بالا است. ولتاژ Vdd در حافظه‌های DDR5 به 1.1 ولت کاهش یافته است. جالب است بدانید که در حافظه‌های DDR5، مدیریت و تنظیم ولتاژ از مادربرد حذف شده و به درون DIMM انتقال یافته است. از کلاس SDIMM گرفته تا UDIMM و LRDIMM، شاهد استفاده از کنترلر ولتاژ داخلی هستیم. بدین ترتیب شاهد کاهش پیچیدگی و قیمت مادربردها خواهیم بود.

در حافظه‌های DDR5، هر ماژول همچنان دارای 288 پایه است. ثابت ماندن تعداد پایه‌ها، به معنی پشتیبانی از سوکت های فعلی نبوده و برای حافظه‌های DDR5 به یک بازطراحی جدید در بخش رم و اسلات مادربردها نیاز داریم. گذرگاه‌های آدرس و درخواست (دستور) کوچک و تقسیم بندی شده است. پایه‌های دیگر برای گذرگاه‌های داده، در حافظه‌های ثانویه مورد استفاده قرار می‌گیرند. رم‌های DDR5 به جای استفاده از یک بأس CA نوع 24 بیتی از دو بأس CA نوع 7 بیتی بهره می‌برند که هر یک از آنها برای یک کانال مورد استفاده قرار خواهند گرفت.