ذاكرة DDR5: كيف تعمل الواجهة الجديدة على تحسين الأداء مع استهلاك أقل للطاقة

قد يكون ترحيل مركز البيانات إلى DDR5 أكثر أهمية من الترقيات الأخرى.ومع ذلك، يعتقد الكثير من الناس بشكل غامض أن DDR5 هو مجرد انتقال ليحل محل DDR4 بالكامل.المعالجات تتغير حتما مع وصول DDR5، وسيكون لها بعض الجديدذاكرةواجهات، كما كان الحال مع الأجيال السابقة من ترقيات DRAM من SDRAM إلىDDR4.

ومع ذلك، فإن DDR5 ليس مجرد تغيير في الواجهة، بل إنه يغير مفهوم نظام ذاكرة المعالج.في الواقع، قد تكون التغييرات التي تم إجراؤها على DDR5 كافية لتبرير الترقية إلى منصة خادم متوافقة.

لماذا تختار واجهة ذاكرة جديدة؟

أصبحت مشاكل الحوسبة أكثر تعقيدًا منذ ظهور أجهزة الكمبيوتر، وقد أدى هذا النمو الحتمي إلى التطور في شكل أعداد أكبر من الخوادم، وزيادة مستمرة في سعة الذاكرة والتخزين، وسرعات ساعة معالج أعلى وأعداد النواة، ولكنه أدى أيضًا إلى تغييرات معمارية ، بما في ذلك اعتماد تقنيات الذكاء الاصطناعي المفصلة والمنفذة مؤخرًا.

قد يعتقد البعض أن كل هذه الأمور تحدث جنبًا إلى جنب لأن جميع الأرقام آخذة في الارتفاع.ومع ذلك، على الرغم من زيادة عدد نوى المعالج، إلا أن عرض النطاق الترددي DDR لم يواكب الوتيرة، وبالتالي فإن عرض النطاق الترددي لكل نواة قد انخفض بالفعل.

نظرًا لتوسع مجموعات البيانات، خاصة بالنسبة للحوسبة عالية الأداء (HPC)، والألعاب، وترميز الفيديو، واستدلال التعلم الآلي، وتحليل البيانات الضخمة، وقواعد البيانات، على الرغم من أنه يمكن تحسين عرض النطاق الترددي لعمليات نقل الذاكرة عن طريق إضافة المزيد من قنوات الذاكرة إلى وحدة المعالجة المركزية، إلا أن هذا يستهلك المزيد من الطاقة .كما يحد عدد دبابيس المعالج من استدامة هذا النهج، ولا يمكن أن يزيد عدد القنوات إلى الأبد.

تستخدم بعض التطبيقات، وخاصة الأنظمة الفرعية عالية النواة مثل وحدات معالجة الرسومات ومعالجات الذكاء الاصطناعي المتخصصة، نوعًا من الذاكرة ذات النطاق الترددي العالي (HBM).تقوم التقنية بتشغيل البيانات من شرائح DRAM المكدسة إلى المعالج من خلال ممرات ذاكرة 1024 بت، مما يجعلها حلاً رائعًا للتطبيقات كثيفة الذاكرة مثل الذكاء الاصطناعي.في هذه التطبيقات، يجب أن يكون المعالج والذاكرة قريبين قدر الإمكان لتوفير عمليات نقل سريعة.ومع ذلك، فهي أيضًا أكثر تكلفة، ولا يمكن وضع الرقائق على وحدات قابلة للاستبدال/الترقية.

وتم تصميم ذاكرة DDR5، التي بدأ طرحها على نطاق واسع هذا العام، لتحسين عرض النطاق الترددي للقناة بين المعالج والذاكرة، مع الاستمرار في دعم إمكانية الترقية.

عرض النطاق الترددي والكمون

معدل نقل DDR5 أسرع من أي جيل سابق من DDR، في الواقع، بالمقارنة مع DDR4، فإن معدل نقل DDR5 أكثر من الضعف.يقدم DDR5 أيضًا تغييرات معمارية إضافية لتمكين الأداء بمعدلات النقل هذه عبر مكاسب بسيطة وسيعمل على تحسين كفاءة ناقل البيانات المرصودة.

بالإضافة إلى ذلك، تمت مضاعفة طول الرشقة من BL8 إلى BL16، مما يسمح لكل وحدة بأن تحتوي على قناتين فرعيتين مستقلتين ومضاعفة القنوات المتاحة في النظام بشكل أساسي.لن تحصل على سرعات نقل أعلى فحسب، بل ستحصل أيضًا على قناة ذاكرة مُعاد بناؤها تتفوق على DDR4 حتى بدون معدلات نقل أعلى.

ستشهد العمليات كثيفة الاستهلاك للذاكرة دفعة كبيرة من الانتقال إلى DDR5، والعديد من أعباء العمل كثيفة البيانات اليوم، وخاصة الذكاء الاصطناعي وقواعد البيانات ومعالجة المعاملات عبر الإنترنت (OLTP)، تناسب هذا الوصف.

معدل النقل مهم جدًا أيضًا.نطاق السرعة الحالي لذاكرة DDR5 هو 4800~6400MT/s.ومع نضوج التكنولوجيا، من المتوقع أن يكون معدل النقل أعلى.

استهلاك الطاقة

يستخدم DDR5 جهدًا أقل من DDR4، أي 1.1 فولت بدلاً من 1.2 فولت.في حين أن فرق 8% قد لا يبدو كبيرًا، إلا أن الفرق يصبح واضحًا عندما يتم تربيعهما لحساب نسبة استهلاك الطاقة، أي 1.1²/1.2² = 85%، وهو ما يترجم إلى توفير بنسبة 15% في فواتير الكهرباء.

تعمل التغييرات المعمارية التي أدخلتها DDR5 على تحسين كفاءة عرض النطاق الترددي ومعدلات نقل أعلى، ومع ذلك، يصعب تحديد هذه الأرقام دون قياس بيئة التطبيق الدقيقة التي يتم استخدام التكنولوجيا فيها.ولكن مرة أخرى، نظرًا للبنية المحسنة ومعدلات النقل الأعلى، سوف يلاحظ المستخدم النهائي تحسنًا في الطاقة لكل بت من البيانات.

بالإضافة إلى ذلك، يمكن لوحدة DIMM أيضًا ضبط الجهد الكهربي بنفسها، مما يمكن أن يقلل الحاجة إلى تعديل مصدر الطاقة باللوحة الأم، وبالتالي توفير تأثيرات إضافية لتوفير الطاقة.

بالنسبة لمراكز البيانات، فإن مقدار الطاقة التي يستهلكها الخادم ومقدار تكاليف التبريد هي أمور مثيرة للقلق، وعندما يتم أخذ هذه العوامل في الاعتبار، فمن المؤكد أن DDR5 كوحدة أكثر كفاءة في استخدام الطاقة يمكن أن يكون سببًا للترقية.

تصحيح الاخطاء

يتضمن DDR5 أيضًا تصحيح الأخطاء على الرقاقة، ومع استمرار تقلص عمليات DRAM، يشعر العديد من المستخدمين بالقلق بشأن زيادة معدل الخطأ في البت الواحد وسلامة البيانات بشكل عام.

بالنسبة لتطبيقات الخادم، تعمل ميزة تصحيح الأخطاء (ECC) الموجودة على الشريحة على تصحيح أخطاء البت الواحد أثناء أوامر القراءة قبل إخراج البيانات من ذاكرة DDR5.يؤدي هذا إلى تفريغ بعض عبء ECC من خوارزمية تصحيح النظام إلى DRAM لتقليل الحمل على النظام.

يقدم DDR5 أيضًا فحص الأخطاء وتطهيرها، وفي حالة تمكينه، ستقوم أجهزة DRAM بقراءة البيانات الداخلية وإعادة كتابة البيانات المصححة.

لخص

في حين أن واجهة DRAM ليست عادةً العامل الأول الذي يأخذه مركز البيانات في الاعتبار عند تنفيذ الترقية، فإن DDR5 يستحق نظرة فاحصة، حيث تعد التكنولوجيا بتوفير الطاقة مع تحسين الأداء بشكل كبير.

DDR5 هي تقنية تمكينية تساعد المستخدمين الأوائل على الانتقال بأمان إلى مركز البيانات المستقبلي القابل للتركيب والقابلية للتطوير.يجب على قادة تكنولوجيا المعلومات والأعمال تقييم DDR5 وتحديد كيفية ووقت الانتقال من DDR4 إلى DDR5 لاستكمال خطط تحويل مركز البيانات الخاصة بهم.