DDR5 时代来临，新挑战不可忽视

　　在人工智能（AI）、机器学习（ML）和数据挖掘的狂潮中，我们对数据处理的渴求呈现出前所未有的指数级增长。面对这种前景，内存带宽成了数字时代的关键“动脉”。其中，以双倍数据传输速率和更高的带宽而闻名的DDR（Double Data Rate）技术作为动态随机存取存储器（DRAM）的重要演进，极大地推动了计算机性能的提升。从2000年第一代DDR技术诞生，到2020年DDR5，每一代DDR技术在带宽、性能和功耗等各个方面都实现了显著的进步。

　　如今，无论是PC、笔电还是人工智能，各行业正在加速向DDR5新纪元迈进。今年，生成式AI市场蓬勃发展，用于大型模型应用的AI服务器大力推动了对DDR5的需求。随着内存市场需求的回暖，内存芯片供应商们已着手在今年第4季度全面拉高DDR5产能，逐步取代现今的DDR4。

　　DDR5的新时代已经来临，然而，一些挑战也阻碍了产业的进一步发展。

　　超高速性能背后的设计挑战

　　2020年7月，DDR5内存技术标准正式发布，标志着内存技术开启了新的篇章。DDR5以更高的带宽和性能吸引了广泛的关注。与之前的DDR4相比，DDR5的最大优势在于它显著降低了功耗，同时将带宽提升了一倍。具体来看，DDR5当前发布协议的最高速率已达6.4Gbps，其时钟频率也从1.6GHz增加到了3.2GHz。

　　当我们深入探究DDR5的更多细节时，我们也发现这一新技术带来了一些额外的技术挑战。例如，DDR5的电源电压相较于DDR4的1.2V降低了0.1V，达到了1.1V，虽然较低的电源电压降低了功耗并延长了电池寿命，但同时也带来了一些技术挑战，比如更容易受到噪声的干扰，这使得信号完整性变得更具挑战性，因为信号开关时电压之间的噪声余量更少，可能会因此影响到设计。

　　DDR5的另一个重大变化是，与DDR4的电源管理芯片（PMIC）集成在主板上的方式不同，DDR5将电源管理IC（PMIC）从主板上转移到了双列直插式内存模块（DIMM）上。这使得电源管理、电压调节和上电顺序在物理上更接近模块上的存储器件，这也有助于确保电源完整性（PI），并增强对PMIC运行方式的控制。

　　此外，在数据位总数保持不变的情况下，DIMM的通道数从1个通道增加到2个通道也是一个重要的进步，通过将数据分成两个较窄的通道传输，可以更有效地生成和分配时钟信号，从而来改善信号完整性。

　　显然，DDR5标准的开发也考虑到了信号完整性问题，将PMIC转移到模块中也会发挥相应的优势。然而，设计人员仍然需要考虑兼顾电源影响的信号完整性的整体效应。如上文所述，DDR5具有高达6.4Gbps的数据速率和3.2GHz系统时钟频率，电源噪声在这种高速操作中可能会引发更明显的问题，对系统性能和稳定性造成影响。如果分别进行电源完整性和信号完整性分析，就可能会遗漏电源噪声引起的问题。

　　因此，要想充分发挥DDR5的性能，必须在系统的所有关键点包括芯片、封装和PCB进行兼顾电源影响的信号完整性分析。但是，进行这种层面的分析是一项复杂的任务，它对底层计算平台如用于仿真分析的硬件、软件工具都有很高的要求，也会使得总体的设计时间变得更长，增加了设计的难度和复杂性。

　　充分释放DDR5 的潜力

　　早在2005年，“兼顾电源影响”这一概念首次亮相，它是一种能够同时分析信号与电源噪声的先进信号完整性仿真方法。兼顾电源影响的信号完整性解决方案必须考虑反射、串扰、时序和其他效应，并配备相应的仿真和规则检查技术。值得注意的是，要想有效地实施兼顾电源影响的信号完整性仿真，需要在规则检查和布线后的分析阶段进行，因为平面和信号的相互作用/耦合发生在布线完成之后。

　　因此，一个完整的兼顾电源影响的解决方案往往需要提供：一套针对信号衰减和电源对信号的影响的快速检查方案；能够模拟大型电路的时域仿真器（多个信号网络和电源网络的结果）；电源网络和信号网络的建模；高级输入/输出（I/O）缓冲器建模。

　　以电子设计自动化（EDA）仿真领域企业Cadence推出的Sigrity X技术为例，据了解，Sigrity X技术不仅实现了芯片、封装和PCB上的耦合信号、电源和接地信号的精确提取，还能同时针对反射、损耗、串扰和同步开关输出（SSO）效应进行高效仿真。采用Sigrity技术的设计人员能迅速将晶体管级模型转换为考虑电源影响的行为级IBIS模型，从而在几个小时之内就能提供精准、高效且全面考虑电源影响的仿真，大大缩短了原本需要数天的设计周期。

　　科技的每一次飞跃，在带来技术提升的同时，也不可避免地为设计者埋下了新的挑战。但是这些挑战并非不可战胜，相信随着越来越多企业在这条赛道上的持续投入，未来会有更多新的成果被发掘。