DDR5内存:新接口如何以更低的功耗提高性能

2022-10-09
阅读量 13891

数据中心迁移到DDR5可能比其他升级更重要。但是,很多人只是模糊的认为DDR5只是为完全取代DDR4而进行的过渡。随着DDR5的到来,处理器不可避免的发生了变化,它们将具有一些新的内存接口,这和之前SDRAM到DDR4几代DRAM升级的情况一样。

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但是,DDR5不仅仅只是一个接口的改变,它正改变处理器内存系统的概念。事实上,对DDR5的更改可能足以证明升级到兼容的服务器平台是值得的。

为什么选择新的内存接口?

自从计算机出现以来,计算问题变得越来越复杂,这种不可避免的增长不仅推动了更多的服务器数量、不断增长的内存和存储容量以及更高的处理器时钟速度和内核数量形式的进化,而且还推动了架构的变化,包括最近采用的分解和实施AI技术。

有些人可能认为这些都在同步进行,因为所有的数字都在上升。然而,虽然处理器内核数量在增加,但DDR带宽却没有跟上,因此每个内核的带宽其实一直在下降。

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由于数据集一直在膨胀,特别是对于HPC、游戏、视频编码、机器学习推理、大数据分析以及数据库来说,虽然可以通过在CPU中增加更多的内存通道等方法来改善内存传输的带宽,但这消耗了更多的功率。而处理器引脚数也限制了这种方法的可持续性,通道数量不可能永远增加。

一些应用程序,特别是GPU和专用AI处理器等高内核子系统,使用一种高带宽内存(HBM)。该技术通过1024位内存通道将数据从堆叠的DRAM芯片运行到处理器,对于AI等内存密集型应用来说是一个很好的解决方案。在这些应用中,处理器和内存需要尽可能接近才能提供快速的传输。但是,它也更昂贵,并且芯片不能安装在可更换/可升级的模块上。

而今年开始广泛推出的DDR5内存就旨在改善处理器和内存之间的通道带宽,同时仍支持可升级性。

带宽和延迟

DDR5的传输速率比以前任何一代的DDR都块,事实上,与DDR4相比,DDR5的传输速率是其两倍多。DDR5还引入了额外的架构更改,以使这些传输速率的性能优于简单的增益,并将提高观察到的数据总线效率。

此外,突发长度从BL8翻倍至BL16,使每个模块具有两个独立的子通道,并且基本上系统中的可用通道翻了一番。不仅可以获得更高的传输速度,还可以获得重新构建的内存通道,即使没有更高的传输速率,它的表现也会优于DDR4.

内存密集型进程将从DDR5转换中实现巨大的提升,当今许多数据密集型工作负载,特别是AI,数据库和在线事务处理(OLTP),都符合这一描述。

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传输速率也很重要,目前DDR5内存的速度范围为4800~6400MT/s,随着技术的成熟,预计传输速率会更高。

能耗

DDR5使用的电压低于DDR4,即1.1V而不是1.2V。虽然8%的差异听起来可能不多,但当给它们加上平方来计算功耗比时可以明显看出差异,即1.1²/1.2²=85%,这意味着可以节省15%的电费。

DDR5引入的架构变化优化了带宽效率和更高的传输速率,然而,如果不测量使用该技术的确切应用环境,这些数字很难量化。但话说回来,由于改进的架构和更高的传输速率,最终用户将感觉到每比特数据的能量将有所改善。

除此之外,DIMM模块还可自己调节电压,由此可以减少主板对电源的调节需求,从而提供额外的节能效果。

对于数据中心来说,服务器消耗多少功率,冷却成本多少是需要关注的问题,当考虑到这些因素时,DDR5作为一个更节能的模块无疑可以成为升级的理由。

纠错

DDR5还采用了片上纠错功能,随着DRAM工艺的不断缩小,许多用户担心增加单比特错误率和整体数据的完整性。

对于服务器应用,片上ECC在从DDR5输出数据之前,会在读取命令期间纠正单比特错误。这会将一些ECC负担从系统校正算法转移到DRAM,以减轻系统上的负载。

DDR5还引入了错误检查和清理功能,如果启用,DRAM设备将读取内部数据并写回更正后的数据。

总结

虽然DRAM接口通常不是数据中心在实施升级时考虑的第一个因素,但DDR5值得仔细研究,这项技术有望在节省功耗的同时大大提高性能。

DDR5是一种使能技术,可帮助早期采用者优雅地迁移到未来的可组合、可扩展的数据中心。IT和业务领导者应评估DDR5,并确定从DDR4迁移到DDR5的方式和时间,以完成其数据中心转型计划。

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