DDR5 - znaczenie dla serwerów

RDIMM vs UDIMM

W ciągu ostatniej dekady liczba rdzeni procesorów serwerowych gwałtownie wzrosła z 12 rdzeni na gniazdo do 96, a ostatnio do 128 rdzeni na gniazdo. Przepustowość pamięci skalowała się jednak dużo wolniej niż liczba rdzeni. Na szczęście niedługo potem nastała nowa pamięć RAM –  DDR5, która rozwiązała ten problem.

Prędkości transferu danych DDR5 wynoszące od 4,8 do 8,4 GT/s gwarantują 50% wzrost przepustowości w porównaniu do DDR4 (od 1,6 do 3,4 GT/s). W ten sposób zostaje zapewnione szybkie przesyłanie ogromnych ilości danych, co stanowi najistotniejszą innowację pamięci opartej na kościach DDR5. Gwarantując większą przepustowość na rdzeń, a także większe pojemności, DDR5 pozwala serwerom w centrach danych na szybsze przetwarzanie większej ilości danych oraz na osiągnięcie optymalnej wydajności w aplikacjach. Mowa tutaj o aplikacjach z zadaniami o dużej intensywności danych, takich jak sztuczna inteligencja (AI), uczenie maszynowe (ML), 5G czy internet rzeczy (IoT). Mimo, że to właśnie prędkość jest najczęściej omawianą zaletą DDR5 to należy pamiętać, że wiele innych funkcji także uległo zmianom.

W poprzednich generacjach pamięci DDR (DDR3 i DDR4), platformy serwerowe, które mogły pomieścić niebuforowane moduły DIMM (UDIMM), obsługiwały również zarejestrowane moduły DIMM (RDIMM) i vice versa. Jednakże w przypadku kości DDR5 instalacja pamięci poprzednich generacji i nieobsługiwanych typów modułów jest niemożliwa. Jedną ze znaczących zmian w pamięci DDR5 jest to, że zmodyfikowane zostało umiejscowienie klucza (w formie wycięcia w środku). Innymi słowy – w platformach serwerowych DDR5 moduły RDIMM i UDIMM nie są już kompatybilne z pinami. Mają one różne klucze, więc nie można zaimplementować modułów UDIMM do serwerowych płyt głównych, obsługujących moduły RDIMM. Intel® Xeon®, Intel® Core™ i rodzina procesorów AMD EPYC™ będą zatem obsługiwać moduły DDR5 ECC RDIMM.

DDR5 posiada nową architekturę kanałów, składającą się z dwóch zestawów adresowalnych 32-bitowych podkanałów. W porównaniu z 72-bitową architekturą kanałów DDR4 (64 dane + 8 ECC), nowa 80-bitowa architektura DDR5 składa się z dwóch 32-bitowych sekcji danych oraz 8 ECC. Podczas gdy całkowita liczba bitów danych jest taka sama, DDR5 dostarcza po 8 dodatkowych bitów na każdy podkanał dla obsługi funkcji ECC w przypadku pamięci RDIMM. Takie rozwiązanie skraca opóźnienia dostępu, poprawia efektywność kanału oraz zwiększa ogólną wydajność.

Moduły UDIMM nie mają rejestratora zegarowego sterownika (ang. registering clock driver lub RCD). RCD znajduje się tylko w modułach RDIMM.

Rejestrator zegarowy (RCD), zwany również „rejestrem”, to kluczowy element modułów RDIMM. Jego główną funkcją jest odbieranie instrukcji lub poleceń od procesora (CPU), a następnie przesyłanie ich do modułów pamięci. RCD służy jako „pośrednik” między CPU a DIMM. Sygnał danych pozostaje na RCD przez jeden cykl zegarowy. Następnie, w chwili narastającego zbocza następnego sygnału zegara, jest on przesyłany z RCD do DIMM. Skutkuje to wydłużeniem czasu wykonywania polecenia o jeden cykl CPU, ale buforowanie zmniejsza obciążenie kontrolera pamięci CPU i pomaga utrzymać integralność sygnału.

Głównym celem RCD jest utrzymanie stałej prędkości pamięci nawet przy dużych obciążeniach. W przeciwieństwie do aplikacji opartych na prędkości, takich jak gaming, systemy korporacyjne oraz aplikacje serwerowe, wymagają stałej wydajności, a także wysokiej pojemności i dodatkowych funkcji niezawodności, które są możliwe dzięki obecności RCD na modułach pamięci DDR4. RCD nie występuje w modułach DDR5 UDIMM.

Jedną z głównych rozbieżności między DDR4 a DDR5 jest napięcie zasilania. W przypadku pierwszej wynosi ono 1,2V, podczas gdy druga działa przy napięciu 1,1V. Podstawową różnicą jest zatem niższe wymagania dotyczące napięcia. W systemach konsumenckich dostarczane jest napięcie wejściowe wynoszące 5V, podczas gdy w serwerach wynosi ono 12V. Następnie jest ono przekształcane do napięcia 1,1V na module.

Dystrybucją zasilania zarządza wbudowany układ zarządzania energią (PMIC), aby zapewnić bardziej stałe i niezawodne zasilanie. Dzięki PMIC, pamięć DDR5 przeniosła zarządzanie zasilaniem z poziomu płyty głównej na sam moduł DIMM, co oznacza obecność dodatkowego komponentu na modułach DDR5. Ten kontroler zarządzający w znacznie większym stopniu usprawnia efektywność pracy przy mniejszym zużyciu energii w porównaniu z poprzednimi pamięciami.

Obsługę komunikacji pozapasmowej między komponentami zapewnia koncentrator SPD (Serial Presence Detect). Jest on używany z dwoma precyzyjnymi czujnikami temperatury po obu stronach modułu DIMM. Czujniki te dostarczają szczegółowych informacji o temperaturze pamięci, aby zapobiec przegrzaniu, które może mieć wpływ na stabilność systemu.

Funkcja On-die ECC zapewnia większą niezawodność i zmniejsza liczbę defektów, ale nie jest tym samym, co „tradycyjne” ECC. W miarę jak komórki pamięci stają się coraz gęstsze, są bardziej podatne na przerzucanie bitów. Prowadzi to do tego, że przechowują one mniej ładunku. On-die ECC (ODECC) to sposób na korygowanie błędów bitów wewnątrz modułu. Komórki przechodzą wówczas proces walidacji na wczesnym etapie. Pozwala to większej liczbie komórek osiągnąć specyfikacje wymagane przez JEDEC.

On-die ECC zapewnia ochronę danych na matrycy. Nie chroni jednak danych w trakcie przesyłu lub przenoszonych do/z modułu pamięci i CPU/GPU. Nie zapewnia ochrony przed błędami występującymi poza chipem. Mowa tu o defektach, które pojawiają się w module pamięci i kontrolerze pamięci znajdującym się w CPU.

Ulepszenia DDR5 w stosunku do poprzednich generacji DDR z pewnością rozwiążą problem wąskich gardeł (ang. bottleneck) w przepustowości, ponieważ wzrost masowego przetwarzania danych nie ustaje. Przyjęcie technologii DDR5 w wysokowydajnych serwerach zaspokoi obecne i przyszłe potrzeby, ponieważ pamięć nadąża za rozwojem technologii rdzenia procesora. DDR5 przeznaczono do serwerów obsługujących wymagające aplikacje w centrach danych. Umożliwia ona obliczenia wysokiej wydajności, analizę danych w czasie rzeczywistym i zadania o dużej intensywności danych.

Ponieważ moduły RDIMM nie są już kompatybilne z modułami UDIMM, wybór odpowiedniej platformy serwerowej wymaga doboru odpowiedniego typu pamięci. W ofercie CSI S.A. można znaleźć rozwiązania pamięci DDR5 od ATP, które zostały zaprojektowane z myślą o rygorystycznych wymaganiach rynku przemysłowego.

Źródło: ATP Electronics