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Was zeichnet DDR5-Arbeitsspeicher aus? DDR5-SDRAM: Auswahlhilfe für industrielle Anwender

Von Chris Chen

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Mittlerweile sind erste industrietaugliche DDR5-SDRAM-Speicherriegel erhältlich. Wir erklären die Unterschiede und Vorteile zu Vorgängertechniken – und sagen, worauf man bei der Auswahl achten sollte.

Speziell für den Einsatz in anspruchsvollen Industrieumgebungen fertigt Apacer DDR5-Speichermodule in gängigen Formaten wie diesen RDIMM-Riegel mit 32 Gigabyte.
Speziell für den Einsatz in anspruchsvollen Industrieumgebungen fertigt Apacer DDR5-Speichermodule in gängigen Formaten wie diesen RDIMM-Riegel mit 32 Gigabyte.
(Bild: Apacer)

Intels neue Core-i-Prozessoren der nunmehr 12. Generation und AMDs auf der neuen Zen4-Architektur basierende Serverprozessoren Epyc 7004 („Genoa“) haben eines gemeinsam: Sie beherrschen neben dem neuen PCI Express 5.0 auch den Umgang mit DDR5-Speicher. Damit geben sie den Startschuss für den industriellen Einsatz der schnellen RAM-Technik.

Marktbeobachter erwarten, dass die DDR5-Technologie auf dem Industriemarkt frühzeitig zum Einsatz kommt – etwa in Unternehmens- und Rechenzentrumsservern für KI-Berechnungen, High-Speed-Computing und andere Anwendungen. DDR5-Arbeitsspeicher als Registermodul (RDIMM) für Industrieserver beschleunigen zum Beispiel dank ihrer enormen Leistung das Verarbeiten sehr großer Datenmengen. Zudem gewährleisten sie, dass Server mit optimaler Arbeitslast betrieben werden.

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Doch welche Unterschiede gibt es bei den technischen Spezifikationen von DDR5-RDIMM-Modulen, die bei der Produktentwicklung besondere Aufmerksamkeit erfordern? Wie kann man die Vorteile der Einführung von DDR5-Industriespeichern am besten nutzen und Marktchancen ergreifen?

DDR5-RDIMM-Serverspeichermodule – wesentliche technische Merkmale

DDR5 erreicht gegenüber DDR4 die doppelte Speicherbandbreite. Wenn die Übertragungsrate mit 4.800 MHz berechnet wird, ist sie bereits 50 Prozent höher als die 3.200 MHz von DDR4. Damit nicht genug: Die Spezifikation sieht einen effektiven Takt von bis zu 8.400 MHz für DDR5 vor. Neben diesen Verbesserungen hat der DDR5-Speicher auch gute Fortschritte in Sachen Kapazität, Stabilität und Energieeffizienz gemacht. Das war unter anderem durch die Einführung einer grundlegend neuen Architektur möglich.

1. Zweikanal-Architektur, doppelte Bandbreite

Der DDR5-Speicher wurde mit einer neuen Kanalarchitektur entwickelt, die zwei Sätze völlig unabhängiger 32-Bit-Unterkanäle bietet. Die Bereitstellung einer doppelten Bandbreite optimiert nicht nur die Gesamtleistung, sondern verkürzt zudem auch effektiv die Zugriffslatenz und verbessert die Kanaleffizienz.

Der DDR5-RDIMM-Serverspeicher verfügt über zwei 40-Bit-Unterkanäle. Es werden also 8 Bits zu den vorhandenen 32 Bits jedes Kanals hinzugefügt, um das Fehlerkorrekturverfahren (ECC) zu unterstützen. Das RCD-Design (Registering Clock Driver) kann die Belastung der CPU weiter verringern, die Signalintegrität stärken und Störungen reduzieren.

2. Doppelte Anzahl der Bankgruppen und bessere Leistung

Im Vergleich zur DDR4-Technologie wurden die Bankgruppen des DDR5-Speichers von 4 auf 8 erhöht. Außerdem ist die Gesamtzahl der Speicherblöcke von 16 auf 32 gestiegen. Durch diese Verdopplung der Bankgruppen kann die übertragene Datenmenge erhöht werden, was zu einer Optimierung der allgemeinen Timing-Parameter des Cores beiträgt. So kann der Speicher schneller auf Ausführungsaktionen reagieren und eine extrem hohe Leistung erzielen.

3. Energieeinsparung durch Spannungsreduzierung

Die Standardbetriebsspannung des DDR5-Speichers wurde im Vergleich zu den 1,2 V bei DDR4-Modulen auf 1,1 V gesenkt – das bedeutet eine gesteigerte Energieeffizienz um 8 Prozent. So können Stromverbrauch und Wärmeentwicklung reduziert werden. Dies ist insbesondere bei Industriesystemen von Bedeutung, die einen niedrigen Stromverbrauch benötigen und bei denen sich die Wärmeableitung oft schwierig gestaltet. Serveranwendungen, die rund um die Uhr betrieben werden, profitieren ebenfalls von diesen zusätzlichen Energiesparvorteilen.

4. Ein stabileres Signal dank PMIC

Mit einer auf 1,1 V reduzierten Spannung, um die Spannungsgenauigkeit für die stabile Funktion im Hochgeschwindigkeitsbetrieb zu gewährleisten, bietet der DDR5-Speicher auch Energieverwaltungsfunktionen. Anstelle des herkömmlichen Steuerungsverfahrens über die Hauptplatine ist der DDR5-Speicher mit einem PMIC (Power Management Integrated Circuit beziehungsweise Energieverwaltungschip) ausgestattet, der die Stromlast des Systems effektiver steuern und die Effizienz der Stromumwandlung um 85 Prozent verbessern kann. Dadurch werden Signalintegrität und Kompatibilität verbessert und darüber hinaus die Designkosten der Hauptplatine für die Stromversorgung reduziert.

Außerdem gibt es derzeit zwei PMIC-Spezifikationen für DDR5-Speicher, obwohl beide eine Arbeitsspannung von 1,1 V aufweisen. Im Gegensatz zu DDR5-UDIMM- und SODIMM-Modulen, die 5-V-PMICs verwenden, wird für DDR5 RDIMM-Serverspeicher ein 12-V-Energieverwaltungschip eingesetzt. Dem Design der Systemplattform sollte dabei besondere Aufmerksamkeit gewidmet werden.

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5. Ausgestattet mit zwei Fehlerkorrekturverfahren (On-Die und Side-Band-ECC)

Um eine höhere Leistung zu erzielen, wurden Kapazität und Datendichte des DDR5-Speichers verbessert. Die Skalierung der Technologie kann jedoch auch das Risiko von Datenfehlern erhöhen. Der DDR5-RDIMM-Serverspeicher unterstützt On-Die- und Side-Band-ECC-Fehlerkorrekturverfahren, die Datenfehler im Speicher automatisch erkennen und korrigieren können. So wird ein lückenloser Schutz für den Datenübertragungsprozess bereitgestellt. Zugleich werden die Fehlertoleranz der Speicherdaten und damit die Datengenauigkeit verbessert.

Was noch wichtiger ist: Dieser Fehlerkorrekturmechanismus trägt zu einer stabilen und zuverlässigen Leistung des Systems bei. So können die Anforderungen an Zuverlässigkeit, Verfügbarkeit und Wartungsfreundlichkeit von Serveranwendungen für den Langzeitbetrieb erfüllt werden.

6. Konfiguration der Temperatursensoren vermeidet Überhitzung

Neben der Einführung neuer Komponenten wie RCDs, PMICs und SPD-Hubs verfügt der DDR5-RDIMM-Serverspeicher auch über einen extrem präzisen Temperatursensor. Dieser liefert detaillierte Speichertemperaturdaten zur Überwachung der Wärmeableitung des Speichers in Echtzeit. Bei der Planung des Systemluftstroms kann das Fachpersonal für Forschung und Entwicklung zudem die Wärmeableitung genauer berechnen. So können ein übermäßiger Wärmestau und eine Beeinträchtigung des Systembetriebs vermieden werden.

7. Same-Bank-Refresh-Funktion verkürzt Zugriffszeit

Bei DDR4-Modulen müssen sich alle Speicherbänke im Ruhezustand befinden, damit das Auffrischen erfolgen kann. Dabei können sie nicht gleichzeitig andere Befehle ausführen. Mit der Funktion „Same Bank Refresh“ des DDR5-Speichers kann das System eine bestimmte Bank aktualisieren, ohne den Zugriff auf andere Bankdaten zu beeinträchtigen. So wird die Leerlaufverzögerung erheblich reduziert und die Systemleistung verbessert.

Tipps zur Auswahl von DDR5-Speichermodulen

Die Anforderungen des Industriemarktes an die massive Datenverarbeitung und das High-Performance-Computing nehmen weiter zu, was den Bedarf an immer neueren Speichertechnologien beschleunigt. Somit ist auch die Einführung der DDR5-Technologie nicht mehr aufzuhalten. Es kommen immer neue Prozessorplattformen auf den Markt, die DDR5-Anwendungen unterstützen. Es handelt sich also um einen kritischen Zeitpunkt für die Einführung von DDR5-Speichermodulen und die Entwicklung entsprechender Systemplattformen. Im Folgenden finden Sie einige Kennzahlen, die Sie zukünftig für die Auswahl von DDR5-Industriespeicherprodukten verwenden können.

1. Die Bedeutung von Massenproduktionstests gemäß JEDEC 1.0

Bei der Entwicklung und Prüfung von DDR5-Produkten müssen diese den von der JEDEC Solid State Technology Association formulierten Standards und den Spezifikationen der von der JEDEC anerkannten Massenproduktionsversion entsprechen. Gegenwärtig hat die JEDEC den DDR5 RDIMM-Serverspeicher 1.0 als Massenproduktionsstandard freigegeben. Mit anderen Worten: Bei der Auswahl von DDR5-RDIMMs sollte besonders darauf geachtet werden, ob der Hersteller den Test gemäß der JEDEC 1.0-Standardspezifikation abgeschlossen hat und für die Massenproduktion bereit ist. Das DDR5-Speichermodul von Apacer hat beispielsweise den jüngsten JEDEC-Zertifizierungstest bestanden; und mittlerweile wird es in Serie gefertigt.

2. Verwendung von hochwertigen Original-ICs

In wichtigen Einsatzbereichen wie dem Industriemarkt, Servern und Datenzentren sind die Kosten und der durch Ausfallzeiten verlorene Firmenwert oft zu hoch, um sie zu ermitteln. Derartige Anwendungen können keine vermeidbaren Risiken wie eine instabile Speicherqualität verkraften. Industrielle Speichermodule, die mit hochwertigen Original-DDR5-DRAM-ICs wichtiger Hersteller gefertigt werden, zeichnen sich durch eine extrem hohe Produktzuverlässigkeit und einen Garantieschutz aus. Damit sind sie die erste Wahl für industrielle Systeme.

3. Unterstützung für weitere Schutztechnologien mit Mehrwert

Die Anwendungsszenarien von Industriespeichern sind vielfältig. Dabei sind Serveranwendungen nicht mehr auf den Betrieb in Computerräumen mit umfassenden Geräten zur Umgebungsüberwachung beschränkt. Es wird also ausschlaggebend sein, wie die Beständigkeit der DDR5-Speicher gegenüber Umwelteinflüssen verbessert werden kann.

Derzeit gibt es auf dem Markt ausgereifte Schutztechnologien die einen Mehrwert bieten, etwa spezielle Beschichtungen, Underfill-Komponenten und die patentierte Anti-Verschwefelungstechnologie von Apacer. Sie alle können die Oberfläche des DDR5-Moduls vor äußeren Umwelteinflüssen wie Feuchtigkeit, Staub, Umweltverschmutzung, Vibration und Stößen schützen.

Dieser Beitrag stammt ursprünglich von unserem Partnerportal Elektronikpraxis.

* Chris Chen ist Manager System Integration Application Dept. im PM Center Apacer

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