性能、容量和功耗上大幅度提升的DDR5想要成為市場的主流還要多久？

自1946年以來，范紐曼型架構以「儲存程式」的電腦設計理念，奠定了電腦科學軟體與硬體分離的基礎。在范紐曼型架構中，運算與儲存可謂是電腦發展的核心驅動。直到如今，記憶體仍然在電腦中扮演著非常重要的角色。 

隨著巨量資料爆發式增長，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發展。為滿足日趨複雜多元的市場需求，業界始終在尋求DDR記憶體性能、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度的提升。 

DDR記憶體持續推陳出新 

縱觀DDR記憶體演進過程，其反覆運算升級與處理器的性能提升息息相關。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的反覆運算過程中，單個記憶體頻寬從8位元增加到32位元，記憶體容量也從256KB增長至512KB甚至更大。 

隨著處理器算力和性能不斷提高，對記憶體的容量和性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位元，與處理器匯流排頻寬一致，大幅降低了系統成本。而後，Intel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，即雙倍數據率同步動態隨機存取記憶體。與SDR SDRAM相比，DDR SDRAM在時鐘週期內，遇正緣與負緣都將觸發訊號傳輸，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性能，定址和控制訊號僅遇正緣傳輸。 

對於最新的DDR5標準，與DDR4相比，DDR5在性能、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性能指標（圖片來源：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位元資料通道（包含8位元ECC），快取記憶體行仍為64位元組。雖然記憶體接腳數量並沒有改變，仍然是288個，但單個接腳定義不同，因而並不能向下相容。因此，記憶體運行延時降低，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做到了16個DRAM堆疊。

▲ DDR5記憶體結構（圖片來源：Rambus） 

走進DDR5記憶體時代 

在JEDEC固態技術協會於2017年宣布DDR5記憶體標準的發布計畫之後，三星、美光、SK海力士等諸多龍頭廠商紛紛開始押注DDR5記憶體，企圖以反覆運算速度爭奪市場發言權。然而，直至2020年7月，DDR5記憶體標準才正式發布，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、邊緣運算等迅速發展，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，不斷擴展至手機、筆記型電腦和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記憶體布局的趨勢下，Intel、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消息指出，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發展期，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，這一占有將進一步提升至43%。

• 本文授權轉載自Techsugar