DDR4 ve DDR5 Farkı: Geçmeye Değer Mi?

RAM yani Random Access Memory / Rastgele Erişimli Bellek geçmişten günümüze bilgisayarlarda her daim en temel kesimlerden oldu. Bir bilgisayarın çalışma suratını işlemciden sonra en çok etkileyen bileşenin RAM olduğunu rahatlıkla söyleyebiliriz. Bellekleriniz ne kadar süratliyse işlemciniz de bellekte depolanan datalara o kadar süratli erişir.

Her geçen gün teknolojinin gelişmeye devam etmesi, insanların neredeyse her alanda bilgisayarların suratına ve süreç gücünden yararlanmaya başlaması nedeniyle artık çok daha süratli bellek modüllerine gereksinim duyuyoruz. Günümüzde bilimsel araştırmalar, üretim tesisleri, güvenlik altyapılarının birçoğu hayli fazla sürecin gerçekleştiği bilgisayar laboratuvarlarında yapılmakta.

DDR5, yakın gelecekte sanayinin kullanımına sunulacak olan yüksek süratli bir bellek standardı. DDR5, JEDEC (Joint Electron Device Engineering Council/Ortak Elektron Aygıtları Mühendisliği Birliği) tarafından planlanan 2018’den tam iki sene sonra, 14 Temmuz 2020 yılında standart olarak sunuldu. JESD79-5 DDR5 SDRAM olarak açıklanan bu yeni bellekler, güç verimliliği ve bant genişliğini iki katına çıkarırken, birtakım tasarımsal zorlukları da beraberinde getiriyor.

Birçok sistem yöneticisi, sunucu dizayncısı ve mesken kullanıcısı DDR4 ile DDR5 ortasındaki farkın yanı sıra bu yeni belleklerden en verimli nasıl faydalanabileceklerini merak ediyor. Gelin DDR5 hakkında karanlıkta kalan noktaları aydınlatalım.

DDR5 ile DDR4 ortasındaki farkları en yeterli biçimde Rambus tarafından yayınlanan aşağıdaki tabloyla tabir edebiliriz. En büyük fark gördüğünüz üzere sürat kıymetlerinde ve bir modülde sağlanabilecek RAM ölçüsünde ortaya çıkıyor. Bu da neredeyse iki katı bant genişliğine sahip olacağımız ve DDR4’e nazaran 4 kat daha fazla boyutta bellekler görebileceğimiz manasına geliyor. Tıpkı vakitte bellek modülü başına kanal sayısının da 1’den 2’ye çıkarıldığını görüyoruz.

Özellik	DDR4	DDR5	DDR5 Avantajı
Sürat	1.6 ila 3.2 Gbps bilgi oranı 08. ila 1.6 GHz saat oranı	4.8 ila 6.4 Gbps bilgi oranı 1.6 ila 3.2 GHz saat oranı	Daha yüksek bant genişliği DDR5-4800 suratına ulaşan birinci modüller
G/Ç Voltajı	1.2V	1.1V	Daha düşük güç
Güç İdaresi	Anakartta	DIMM PMIC’de	Daha uygun güç verimliliği Daha yeterli ölçeklenebilirlik
Kanal Mimarisi	72-Bit data kanalı (64 data + 8 ECC) DIMM başına 1 kanal	40-Bit data kanalı (32 data + 8 ECC) DIMM başına 2 kanal	Daha yüksek bellek verimliliği Daha düşük gecikme
Bilgi bloğu uzunluğu	BC4, BL8	BC8, BL16	Daha yüksek bellek verimliliği
Maks. Çip Yoğunluğu	16 Gb	64 Gb	Daha yüksek kapasiteli modüller

1 – DDR5, 6.4 Gbps’ye Ölçekleniyor

DDR4 standardı günümüzde hala kullanılabilir olsa da genel itibariyle ekstrem durumlarda size asla kâfi bant genişliği sağlayamaz. DDR5 ise bu eksikliği büyük ölçüde giderecek olan teknolojidir. DDR4 DIMM’ler (bellek modülü) 1.6 GHz (gigahertz) suratında en fazla 3.2 Gbps verebilirken, birinci DDR5 bellek modülleri 4.8 Gbps’ye kadar bant genişliği sağlıyor. Bu yaklaşık %50 daha fazla bant genişliği manasına geliyor. Ayrıyeten DDR5 bellekler DDR4 DRAM’in sunduğu data suratının yaklaşık iki katına çıkararak 6.4 Gbps üzere suratlara ulaşabiliyor.

Bütün bunların yanı sıra Decision Feedback Equalization/Sonuç Geribildirim Eşitleme üzere özellikler de daha yüksek giriş çıkış suratları sunulan DDR5 belleklere de dahil ediliyor.

2 – Daha Düşük Voltaj, Daha Düşük Güç Tüketimi

DDR5 belleklerle birlikte gelecek ikinci büyük değişiklik ise çalışma voltajı olarak tabir ettiğimiz VDD’de yaşanacak azalmadır. Böylelikle DDR5 bellekler daha düşük güç tüketecekler. DDR5 ile birlikte DRAM’lerde arabellek çipi kayıt saati şoförü (RCD) ve bilgi arabelleği (DB) bileşenlerine ilişkin voltaj bedelleri 1.2’den 1.1’e düşecek. Daha düşük VDD pahaları ise bellek tasarımı yapacak mühendislerin daha küçük gürültü bağışıklığı marjını göz önüne almasını gerektirecek.

Adata tarafından üretilen bir DDR5 bellek modülünün imajı.

3 – DDR5 için Yeni Güç Mimarisi

DDR5 ile bellek modüllerinde güç mimarisi bakımından da değişikliğe gidildi. DDR4 ve daha evvelki DIMM bellek modüllerinde güç idaresini anakart yaparken, DDR5 bellek modülleriyle güç idaresi DIMM modülün kendisinde yapılmaya başlanıldı.

Ayrıyeten DDR5 DIMM’lerde sisteme ilişkin güç beslemesi hakkında daha güzel detay sağlayan, PMIC (Power Management Integrated Circuit) olarak bilinen 12V güç idaresi çipi bulunuyor. PMIC yardımıyla 1.1 VDD dağıtılıyor ve daha düzgün bir formda DIMM denetimi sağlanarak sinyal bütünlüğü (signal integrity) ile gürültü (noisy) düzeyi dengeleniyor.

4 – DDR5 ve DDR4 Bellek Kanal Mimarisi

DDR5 ile birçok alanda değişiklikler yapıldığını söylemiştik. Bu değişikliklerden biri de kanal mimarisinde gerçekleşti. Bildiğiniz üzere DDR4 bellek modülleri 64 bilgi biti ve 8 adet ECC (Error Correction Code) bitinden oluşan 72 bitlik bir data yoluna sahip.

DDR5 ile birlikte her bir DIMM modülünün iki adet 40 bitlik kanalı olacak. Bu 40 bitlik kanalların her biri 32 adet data bitinden ve 8 ECC bitinden oluşuyor. Data genişliği tıpkı olsa da (toplamda 64 bit), daha küçük iki bağımsız kanala sahip olmak bellek erişim verimliliğini artırıyor. Bundan yola çıkarak DDR5’in yalnızca sürat artışından ibaret olmadığını, tıpkı vakitte verimlilik manasında da yüksek MT/s ile bir arada daha âlâ olacağını söyleyebiliriz.

DDR5 DIMM bellek mimarisinde her biri bağımsız bir 40 bitlik geniş kanal tarafından hizmet edilen modülün sol ve sağ tarafı RCD’yi (Register Clock Driver) paylaşıyor. DDR4’te RCD, her tarafta iki çıkış saati sağlarken DDR5’te ise, her tarafta dört çıkış saati sağlanıyor. X4 DRAM’li en yüksek yoğunluklu DIMM’lerde bu, her 5 DRAM kümesinin (tek sıra, yarım kanal) kendi bağımsız saatini almasına müsaade veriyor. Böylelikle her sıraya ve yarım kanala (half-channel) verilen bağımsız saatler sinyal bütünlüğünü düzgünleştiriyor ve VDD’yi düşürünce ortaya çıkan daha düşük gürültü marjı meselesini gidermeye yardımcı oluyor.

5 – Bilgi Bloğu Uzunluğunun Artışı

DDR5 ile yaşanan beşinci kıymetli değişiklik ise bellek modüllerinin data bloğu uzunluğundaki (Burst Length) farklılık. DDR5 için, data kısmı (burst chop) ve bilgi bloğu uzunluğu, burst yükünü artırmak için sekiz ve on altıya çıkarılıyor. Onaltılık burst uzunlukları (BL16), tek bir burst yardımıyla tipik CPU önebllek boyutu olan 64 bayt bilgiye erişme imkanı tanıyor. Bu, belleklerde bulunan iki bağımsız kanaldan sırf biri kullanılarak yapılabiliyor. Bu, eşzamanlı çalışmada kıymetli bir gelişme ve iki kanal ile daha fazla bellek verimliliği sağlıyor.

6 – Daha Yüksek Kapasitede DRAM Dayanağı

Tahminen de en değerli ve dikkat çeken değişikliklerden biri DDR5’in daha yüksek kapasiteli DRAM’leri desteklemesi. DDR5 ile bir arada tek bir RAM çipi üzerinde 64 Gb, yani 8 GB yer alabilecek. Bu da tek modülde 512 GB kapasite sunabilen belleklerin yolunu açıyor.  İki modül ile 1 TB, 4 modül ile 2 TB kapasiteye ulaşmak işten bile değil. DDR4 ise tek bir çipte (SDP) azamî 16 Gb DRAM destekliyor.

DDR5, yüksek kapasiteli modeülleri desteklemek için çip üzerinde ECC, kusur şeffaflık modu, paketleme sonrası tamir ve okuma ve yazma CRC modları üzere özellikleri de destekliyor.

Bilgisayarların kapasitelerinin ve süreç yeteneklerinin her geçen gün artmasını göz önüne alacak olursak, neredeyse 16 GB bellekler bile yetmemeye başladı. DDR4 DIMM’ler SDP kullanarak 64 GB’a kadar kapasiteler sunabilirken DDR5 SDP tabanlı DIMM modülleri bunu sekiz katına çıkararak 512 GB’a kadar takviye sağlıyor.

DDR5’teki bu değişiklikler, daha yüksek suratlar ve daha düşük voltajlarla ilgili bir dizi tasarım etmenini ortaya çıkararak yeni bir sinyal bütünlüğü zorlukları serisini beraberinde getiriyor. Tasarımcıların, anakartların ve DIMM’lerin daha yüksek sinyal suratlarıyla başa çıkabilmesini sağlaması gerekecek. Sistem seviyesinde simülasyonlar gerçekleştirirken, tüm DRAM pozisyonlarındaki sinyal bütünlüğünün denetim edilmesi gerekiyor.

DDR4 bellek dizaynında birincil sinyal bütünlüğü zorlukları çift data suratı (DDR) DQ bilgi yolundaydı ve düşük süratli komut adresi (CA) veriyoluna daha az dikkat edilmişti. DDR4’te, DQ data kanalını düzgünleştirmek için kademeli geri besleme eşitlemesinin (DFE) kullanılması düşünülmüştü. Lakin DDR5 için, RCD’nin CA bilgi yolu alıcıları, uygun sinyal alımı için DFE seçeneklerine de muhtaçlık duyacak.

Daha yüksek saat ve data suratlarını göz önünde bulundurarak, PDN’nin yeterli sinyal bütünlüğü ve modüllere pak güç sağlayarak daha yüksek süratte çalışmanın yükünü kaldırabileceğinden emin olmak gerekecek.

Bir öbür zorluk ise, bellek modülüne giden DIMM ilişki noktalarının da yeni saat ve bilgi suratlarını işleyebilecek formda tasarlanması. Sistem dizayncıları bilhassa daha yüksek saat ve bilgi suratları kelam konusu olduğundan baskılı devre kartı (PCB) etrafında elektromanyetik parazit ve uyumluluk (EMI ve EMC) için dizaynlarına daha fazla dikkat etmek zorunda.

Güzel haber şu ki, DDR5 bellek arabirim yongaları, ana bellek denetleyicisinden DIMM’lere gönderilen komut ve adres sinyalleri için sinyal bütünlüğünü güzelleştiriyor. İki kanalın her biri için bilgi yolu RCD’ye gidiyor ve akabinde DIMM’in iki yarısına yayılıyor. RCD, ana bellek denetleyicisinin gördüğü CA bilgi yolu üzerindeki yüklemeyi tesirli bir biçimde azaltıyor.

DDR5 data arabelleği yongaları, data yolu üzerindeki efektif yükü azaltarak gecikmeyi olumsuz etkilemeden DIMM üzerinde daha yüksek kapasiteli DRAM modüllerinin çalışmasını mümkün kılıyor.

Kelam konusu masaüstü bellek teknolojisi olduğunda uzun vakittir bir sakinlik yaşıyorduk. Birinci DDR4 sistemi 6 yıl evvel topladığımızı hesaba katarsak, bu bellek teknolojisi ile oldukça uzun vakittir birlikte olduğumuzu söyleyebiliriz. DDR3’den sonra DDR4’e geçilmesiyle birlikte daha biz ne olduğunu anlamadan hayatımıza yüksek boyuta ve yüksek frekans suratlarına sahip bellekler girmişti ve artık büsbütün bilgisayar dünyasında 64-bit standart haline gelmişti.

Artık ise daha farklı ve daha yüksek boyutlara sahip DDR5 bellekleri bu yılın sonunda göreceğiz. Frekans suratlarında ve boyutlarda yaşanan artış nedeniyle vakit içerisinde artık yavaş yavaş düşük boyutlu bellek modüllerinin tedavülden kalkmaya başladığını görebiliriz. Lakin dünyada halihazırda süren çip krizi nedeniyle bu bellekleri beklediğimiz vakit diliminde göremeyebiliriz. DDR5 bellekler hepimizi heyecanlandırıyor. Bakalım vakit bizlere daha neler neler gösterecek?

Kaynak: Technopat