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Mehr Geschwindigkeit plus höhere Frequenzen

Zwar sind zusätzlich deutlich höhere Frequenzen für die kommenden Jahre angedacht, aber auch bei nomineller Taktgleichheit weist DDR5 mehrere Vorteile im Vergleich zu DDR4 auf. Ein Modul wird wie gehabt an einen 64-Bit-Speicherbus (64+8 Bit mit ECC-Speicherkorrektur) angeschlossen, arbeitet intern aber mit zwei voneinander unabhängigen 32-Bit-Kanälen (2x 32+8 Bit mit ECC). Ein ähnliches Prinzip gibt es bereits bei LPDDR4X-Speicher.

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Bei DDR5 erfolgt das Daten-Prefetching mit 16n statt 8n gleichzeitigen Zugriffen und die Anzahl der Speicherbankgruppen (Bank Groups) bei gleicher Menge an Bänken (Banks) pro Gruppe verdoppelt (8Gx4B statt 4Gx4B) sich. Dadurch sinken die internen Latenzen und die Effizienz bei Lese- sowie Schreibvorgängen steigt, weil Bänke innerhalb einer Speicherbankgruppe unter anderem dasselbe I/O-Routing nutzen und so mehr Speicherseiten (Pages) geöffnet bleiben können.

Überdies gibt es mit Same Bank Refresh (REFsb) eine Technik, bei welcher nur eine statt alle vier Bänke vor einer Auffrischung in einen Ruhemodus ohne Datenaktivität versetzt werden müssen. Verglichen zu All Bank Refresh (REFab) soll dadurch der Durchsatz um 6 bis 9 Prozent steigen und sich die mittlere Idle-Latenz von 11,2 ns auf 5 ns mehr als halbieren. Obendrein verdoppelt sich die Burst Length von 8 auf 16 und damit die Menge der Paketen pro Übertragung. Einer der beiden 32-Bit-Kanäle pro Modul kann daher 64 Byte in einem Rutsch an die CPU senden, was praktischerweise einer Cache-Line bei aktuellen Prozessoren entspricht.

  • Mit DDR5 soll die effektive Bandbreite für CPUs deutlich steigen. (Bild: Micron)
  • Aufbau eines DDR5-Speichermoduls (Bild: Micron)
  • Durch neue Techniken ist bereits DDR5-3200 deutlich schneller als DDR4-3200.(Bild: Micron)
  • Eine davon ist der Same Bank Refresh.(Bild: Micron)
  • Micron geht von 6 bis 9 Prozent mehr Leistung aus. (Bild: Micron)
  • Genoa mit Zen 4 wird DDR5 unterstützen. (Bild: AMD)
  • Sapphire Rapids ist ebenfalls mit DDR5 geplant. (Bild: Intel)
  • Auch der Power10 dürfte auf DDR5 setzen. (Bild: IBM)
  • ARM-Chips wie der ThunderX4 ... (Bild: Marvell)
  • ... und der Siryn sind potenzielle DDR5-Kandidaten. (Bild: Ampere)
Durch neue Techniken ist bereits DDR5-3200 deutlich schneller als DDR4-3200.(Bild: Micron)

Aufgrund dieser Verbesserungen steigt die effektive Bandbreite um gut ein Drittel, selbst wenn DDR4-3200 mit DDR5-3200 verglichen wird. Eine CPU mit Octachannel-Interface kann so Daten mit 182,5 GByte/s statt mit 134,3 GByte/s beziehen. Mittelfristig wollen die großen Speicherhersteller bis zu DDR5-4800 oder DDR5-5200 erreichen, der Standard selbst ist vorläufig auf bis zu DDR5-6400 für 298,2 GByte/s ausgelegt. Bei 64 CPU-Kernen würde dies einer effektiven Bandbreite von 4,66 GByte/s pro Core bedeuten, wohingegen mit DDR4-3200 heutzutage nur 2,1 GByte/s erreicht werden. Roadmaps von etwa SK Hynix reichen langfristig gar bis DDR5-8400.

Neben der Geschwindigkeit sind allerdings auch die Kapazität und die Leistungsaufnahme sowie die Effizienz wichtig. Bei aktuellen DRAM-Chips für DDR4-Speicher werden 16-GBit-Dies verwendet, für DDR5 hingegen sind Dies mit 64 GBit geplant. Derzeitige Muster wie sie Micron fertigt, werden mit einem 1Z-nm-Verfahren produziert. Diese Marketingbezeichnung weist grob auf 11 nm bis 13 nm hin, ältere Prozesse sind 1Y alias 14 nm bis 16 nm und 1X alias 17 nm bis 19 nm - ins Detail geht jedoch kein Hersteller.

DDR4DDR5
DatenübertragungsrateDDR4-3200 (Jedec)DDR5-6400 bis DDR5-8400
Bandbreite (theoretisch)25,6 GByte/s pro Kanal51,2 GByte/s bis 67,2 GByte/s pro Kanal
Datenleitungen64+8 Bit mit ECC2x 32+8 Bit mit ECC
FehlerkorrekterOff-Die-ECCOn-Die-ECC (optional)
SDRAM-Die-Kapazitätbis zu 16 GBit (DUV)bis zu 64 GBit (EUV)
DIMM-Kapazität (Desktop)bis zu 32 GBytebis zu 128 GByte
DIMM-Kapazität (Server)bis zu 256 GBytebis zu 1 TByte
Prefetching 8n16n
Speicherbänke4 Gruppen mit 4 Bänken8 Gruppen mit 4 Bänken
Auffrischung All Bank Refresh (REFab)Same Bank Refresh (REFsb)
Burst Length816
Spannung (VDD/VPP)1,2 Volt / 2,5 Volt1,1 Volt / 1,8 Volt
DDR5 und DDR4 im Vergleich

Künftig wollen Samsung, Micron und SK Hynix ihre DRAM-Verfahren auf einen 1A-nm-Node umzustellen. Statt altbewährter Immersionslithographie (DUV) werden die Logikchips also mit extrem ultravioletter Belichtung (EUV) gefertigt, was sie kompakter und sparsamer macht. DDR5-Speicher arbeitet zudem mit einer Betriebsspannung von 1,1 Volt statt 1,2 Volt (VDD/VDDQ) respektive mit 1,8 Volt statt 2,5 Volt (VPP). Die benötigte Energie pro GByte/s reduziert sich Schätzungen von SK Hynix zufolge um mindestens 20 Prozent.

Das ist wichtig für Server-Systeme, da so die Gesamtkosten (Total Cost of Ownership, TCO) sinken.

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 PC-Hardware: Das kann DDR5-ArbeitsspeicherAMD und Intel steigen 2021 um 
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Copper 02. Jul 2020 / Themenstart

JDEC hat DDR4 mit bis zu 3200MHz (eigentlich 1600MHz x 2) spezifiziert und solche JEDEC...

Umdenker 01. Jul 2020 / Themenstart

Sehe ich auch so. Für den typischen Heim- oder Officeanwender war vermutlich die größte...

p4m 01. Jul 2020 / Themenstart

Vielleicht soll es ein Stilmittel sein. Dann wäre es wiederum in Ordnung.

p4m 01. Jul 2020 / Themenstart

Die CPU so: "Ich bin jung, ich hab' Zeit, ich kann warten." - Das wäre ja was.

Flexor 01. Jul 2020 / Themenstart

Kommt drauf an was man machen will, ich würde schon sagen das man derweil langsam 16GB...

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