5G应用助推DDR5时代将来临

陈炳欣

目前，DRAM厂商三星电子、SK海力士、美光科技等厂商都已提出DDR5/LP DDR5的产品规划并发布相应产品。美光科技更是于日前宣布交付全球首款量产化的LPDDR5，将搭载于即将上市的小米1 0智能手机之上。在经过多年等待之后，DDR5时代的脚步终于临近。有分析认为，2020-2021年将有更多DDR5/LPDDR5产品被推出，2022-2023年DDR5/LPDDR5有望从高端市场向中端和消费级市场拓展，届时DDR5将超越DDR4成为市场的主流。

内存厂纷纷推出DDR5

DDR5倍增了内存密度，能够满足数据中心对于日益增加的处理核心数、内存带宽与容量等的需求。

2007年DRAM产业迎来DDR3时代，2012年正式步入DDR4。JEDEC规范组织虽然在2017年即已开始制定DDR5标准，但是预计最终规范要到2020年才能全部完成。不过在最终标准制定完成的同时，内存厂商也在致力于相关产品的开发。

2015年时，三星电子就已经开始研究DDR4的下一代产品，并披露出部分技术细节和规划。美光科技、SK海力士也不甘落后，纷纷加紧布局开发。2018年10月，Ca-dence展示了首款DDR5内存验证模组，其中DRAM芯片来自美光科技，而接口层则采取自研，产品容量16GB，数据传输速率4.4Gbps。

在2019的ISSCC会议上，SK海力士芯片设计师Dongkyun Kim发表了DDR5的开发进展。这是一款容量16GB、工作电压1.1V的芯片，工艺节点采用1y纳米，封装面积76.22平方毫米。三星电子也描述了一款10纳米级别的LPDDR5，在1.05V电压下，数据传输速率可达到7.5Gbps。

在今年的国际消费电子展（CES 2020）上，美光科技宣布开始向客户出样DDR5。产品将基于1z纳米工艺，性能相比DDR4提升了85%。美光科技数据中心营销总监Ryan Baxter表示，由于DDR5倍增了内存密度，能够满足数据中心对于日益增加的处理器核心数、内存带宽与容量等的需求。美光将从2020年下半年开始送样给主要的客户，并为接下来一年内所需的产量预做准备。SK海力士同样在CES 2020上展示了最新的DDR5，采用1z纳米工艺制造，数据传输速率4.8Gbps，最高容量可达到64GB。 2月6日，美光科技再次宣布，它实现了全球首款LPDDR5的量产，产品将搭载于即将上市的小米10智能手机之中。

与DDR4内存相比，DDR5的性能更强、功耗更低，数据传输速率起步4.8Gbps，最高为6.4Gbps。电压从1.2V降低到1.1V，同时每通道32/40位（ECC）、总线效率提高、增加预取的Bank Group数量以改善性能等。

2022年将成市场主流

基于更多应用市场的推进.2022-2023年DDR5/IPDDR5有望超越DDR4成为市场主流。

随着DDR5/LPDDR5的逐步量产推出，人们开始关心其是否会被市场接受？何时替代DDR4成为市场主流？

对此，美光科技移动产品事业部市场副总裁Christopher Moore认为，5G网络的部署将大大促进LPDDR5的应用与普及。5G网络具有高速的特点，也会要求有LP-DDR5这样更高速和性能更好的内存进行配套，提升终端设备的运行体验。美光此次推出的LPDDR5最大数据传输速率达到6.4Gbps。5G来临之际，一些手机应用对内存带宽的要求非常高，高像素摄像头在LPDDR4下需要数秒时间才能够完成处理并且存储，而如果使用LPDDR5就会是一个无缝的过程。如果消费者同时运行多个App，比如捕捉视频、打AI游戏，并进行屏幕分享，在使用LPDDR4的情况下就很容易出现瓶颈，但对LPDDR5应付起来还是绰绰有余的。2020年全球将大规模部署5G网络，LPDDR5的高带宽和低功耗对消除5G数据瓶颈将起到关键作用。相信未来随着5G应用的普及，今后一两年中将会出现更多充分利用高速网络和内存技术的应用场景。

服务器端对DDR5的导入也将提速。Ryan Baxter认为，因为企业和云端服务器领域都在推动其内存子系统的性能提升，服务器CPU内核数量迅度增加，近几年每年增加10% - 15%，预计在未来4-5年内将增加25%。这就需要更高速率的内存予以配合。在平台方面，AMD预计在2021年发布的2en4处理器上更换插槽，支持DDR5内存。英特尔虽没有明确过14nm及10nm处理器是否会支持DDR5内存，但官方路线图显示2021年的7nm工藝Sapphire Rapids处理器会上DDR5，应用于服务器产品之中。

还有一个潜在的领域就是汽车。Chris -topher Moore表示，在自动驾驶汽车的发展过程中有越来越多的LPDDR3和LPD-DR4被使用。随着汽车走向智能化，相信未来将会有越来越多LPDDR5的应用空间。

此外，人工智能在越来越多的应用中被广泛部署，这需要先进的内存解决方案，以确保更快速、更有效的数据访问。DDR5和LPDDR5能够为直接构建在服务器和移动设备处理器中的人工智能引擎提供所需的速度和容量。这些处理器依靠LPDDR5出色的数据传输速率来支撑机器学习能力。

从目前DDR5/LPDDR5产品的量产情况来看，大规模投入市场的时间应该在2020-2021年。此时英特尔或AMD都应该推出了支持DDR5的全新平台，移动端的高端市场此时也将采用LPDDR5。基于这些应用市场的推进，到2022-2023年DDR5/LPDDR5有望超越DDR4成为市场主流。

1z工艺之后还有更多

随着工艺的演进，DDR5/LPD-DR5将实现更小的裸片的尺寸、更低的成本、更低的功耗以及更大的容量。

采用1z纳米工艺制造是DDR5/LPD-DR5的重要看点之一。Christopher Moore表示，此次发布的12GB容量LPDDR5采用的是1y纳米的量产技术。但是今年晚些时候美光将推出1z纳米级的产品。工艺从1y过渡到1z，肯定会在功耗效率上有更进一步的提升，也会支持更多不同的容量点。Baxter也表示，新的DDR5芯片将采用1z纳米工艺打造，美光希望以完全优化的工艺量产DDR5。

Objective Analysis首席分析师JimHandy表示，在价格低时尽可能地转向1z纳米工艺是厂商的合理选择，可让内存企业在价格回升之前取得利润。DDR5/LP-DDR产品并不会止步于1z工艺，未来还将往更高工艺水平提升，推出16GB、24GB、32GB等更高容量的产品。据了解，内存厂在目前的1z纳米工艺之后，还规划了1α、1β和1γ节点，将继续提升内存的存储密度。这也将是DDR5的一个重要特征。总的趋势是，随着工艺的演进，DDR5/LPDDR5将实现更小的裸片的尺寸、更低的成本、更低的功耗以及更大的容量。