DDR5, La nouvelle génération de RAM

Les technologies associées aux mémoires vives (RAM) évoluent rapidement. Alors que la DDR4 est encore majoritairement utilisée dans le monde du PC, la DDR5 est de plus en plus mise en avant sur les plateformes PC et serveur.

Les innovations technologiques associées à la DDR5 apportent de meilleures performances pour une consommation moindre par rapport aux anciennes générations. D’après grandviewsearch.com, la majorité de la RAM vendue sera de la DDR5 d’ici 2023/2024. Nous commençons d’ailleurs déjà à les retrouver dans les gammes de PC industriel.

Prévision de vente de mémoire vive entre 2015 et 2026.
Source grandviewsearch.com

La DDR5 idéale pour la nouvelle génération de processeur

Au niveau hardware, les processeurs ont peu évolués ces dernières années sur le terrain de la fréquence. La transition vers l’architecture multi-cœurs a par contre permis une réelle transition vers des gains de performance substantiels. Grâce à ces nouvelles architectures le nombre de cores CPU augmente continuellement, en intégrant même aujourd’hui des cores GPU dans le CPU.

Diagramme théorique de la bande passante de la DRAM vs le nombre de core d’un processeur

De ce fait, l’architecture DDR4 SDRAM est arrivée à ses limites. C’est pourquoi, dès 2017, le JEDEC (Joint Electron Device Engineering Council) ainsi que les principaux constructeurs de semi-conducteurs, se sont lancés dans la conception de la DDR5.

Comptabilité des versions de DDR avec les processeurs Intel
Comptabilité des versions de DDR avec les processeurs Intel

A noter que la gestion de la DDR5 par les processeurs arrive avec la 12ème génération de CPU Intel et la gamme Zen 4 d’AMD. Avec l’évolution des usages, intelligence artificielle, 5G, IoT, … les besoins en terme de performance et de bande passante sont toujours plus importants.

Cette nouvelle génération de mémoire est conçue pour mieux répondre à ces nouveaux besoins.

Les nouveautés de la DDR5

La DDR5 arrive donc avec son lot de nouveautés que l’on peut diviser en 4 grandes catégories :

  • Le design
  • L’alimentation et la consommation
  • La performance
  • La fiabilité

Le design

Le design de cette génération a évolué afin d’intégrer de nombreuses innovations. Elle hérite donc d’un nouveau détrompeur pour son assemblage, tout en restant sur un format de 288 pins comme la DDR4.

Détrompeur DDR5

Désormais un nouveau module électronique est ajouté aux barrettes : Le HUB SPD (Serial Presence Detect). Il apporte une mise à niveau du bus I3C et assure la gestion au contrôleur externe en découplant la charge mémoire sur le bus interne.

On retrouve également des circuits de gestion de l’énergie appelés PMIC. Ces derniers ont pour objectif de réguler la puissance requise par les différents composants de la DRAM, de la base de registre, et Hub SPD etc…

Schéma du nouveau design de la DDR5
Architecture technique de la DDR5

Certains modules DDR5 que ce soit RDIMM ou LRDIMM peuvent être équipés de capteurs de température. Ainsi ils permettent une surveillance de l’ensemble de la barrette mémoire et donc de contrôler plus précisément le refroidissement de l’équipement.

Gestion de l’énergie et de la consommation

Les constructeurs ont mis l’accent sur l’amélioration de la consommation. Comme expliqué un peu plus haut, désormais la RAM de 5ème génération intègre un module PMIC.

Responsable de la gestion d’énergie, il remplace la gestion assurée par la carte mère et permet entre autre une meilleure distribution de l’énergie par rapport aux précédentes générations.

Le signal de meilleur qualité et permet donc d’obtenir moins de bruit. En comparant la DDR4 (1.2V) et la DDR5 (1.1V) on note une amélioration de la consommation de l’ordre de 20%.

Performance

La 5ème génération de mémoire vive double son nombre de banque. La DDR4 proposait 4 groupes de 4 banques, cette dernière version en propose 8, soit 32 banques au total. Cette architecture augmente la bande passante en proposant plus de banques par contrôleur.

La gestion du rafraîchissement des banques est également repensée. Désormais, au lieu de rafraîchir toutes les banques, il est possible de ne le faire que sur une seule. Cela améliore sensiblement l’efficacité de la mémoire.

Longueur de rafale doublée

Enfin, la longueur des rafales est doublée passant de 8 à 16. Ainsi, à chaque demande de lecture ou écriture du processeur, il y a 2 fois plus de données qui peuvent être traités à la fois. Cela améliore donc le bus de données.

La fiabilité

En plus d’un nouveau design, de meilleurs performance, une meilleure gestion de l’énergie, la DDR5 accroît également sa fiabilité. Pour atteindre ces nouveaux objectifs, la densité de données stockées dans les puces DRAM augmente. Cela peut engendrer plus de pertes de bits ou d’erreurs.

C’est pourquoi il a été intégré une fonctionnalité de code de correction d’erreur (ECC) conçue pour corriger les erreurs de bits dans la DRAM. Cette protection avancée ajoute 8 bits ECC pour chaque 128 bits de données. Ils sont présents pour permettre de corriger les erreurs de 1 bit à la lecture de la donnée.

Enfin l’architecture des canaux à évolué. Là où la DDR4 possède un sous channel de 64 bits, la DDR5 intègre 2 sous-canaux qui permettent d’accéder aux données de manière indépendante. Cela améliore sensiblement les taux de transfert et l’efficacité des accès aux données.

Spécifications de la DDR5

Afin de se rendre compte des évolutions de performance entre la DDR4 et la DDR5, notre partenaire Advantech vous propose un tableau comparatif des performances entre les différentes gammes de DDR :

  • DDR
  • DDR2
  • DDR3
  • DDR4
  • DDR5
Comparatif de 5 gammes de DRAM proposé par Advantech
Comparatif de 5 gammes de DRAM (Source Advantech)

On notera une augmentation de 50% de la bande passante allant désormais de 4800 MT/s à 6400MT/s là ou la DDR4 proposait au maximum 3200 MT/s.

Cette nouvelle génération apporte donc son nouveau lot d’innovations et d’évolutions afin de répondre aux nouveaux besoins des plateformes informatiques.

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