RAM yani Random Access Memory / Rastgele Erişimli Bellek geçmişten günümüze bilgisayarlarda her daim en temel parçalardan oldu. Bir bilgisayarın çalışma hızını işlemciden sonra en çok etkileyen bileşenin RAM olduğunu rahatlıkla söyleyebiliriz. Bir bellek ne kadar hızlıysa veriler o kadar hızlı yüklenir ve o kadar hızlı alınır.

Her geçen gün teknolojinin gelişmeye devam etmesi, insanların neredeyse her alanda bilgisayarların hızına ve işlem gücünden yararlanmaya başlaması nedeniyle artık var olandan çok daha hızlı bellek modüllerine ihtiyaç duyuyoruz. Günümüzde bilimsel araştırmalar, üretim tesisleri, güvenlik altyapılarının birçoğu oldukça fazla işlemin gerçekleştiği bilgisayar laboratuvarlarında yapılmakta.

DDR5, yakın gelecekte bellek endüstrisinin kullanıma sunacağı yüksek hızlı bir bellek standardı. 14 Temmuz 2020 yılında JEDEC (Joint Electron Device Engineering Council/Ortak Elektron Cihazları Mühendisliği Birliği) tarafından planlanan tarih olan 2018’den tam iki sene sonra standart olarak sunuldu. olarak açıklanan bu yeni bellekler, güç verimliliği ve bant genişliğini iki katına çıkarırken, birtakım tasarımsal zorlukları da beraberinde getiriyor.

Birçok sistem yöneticisi, sunucu tasarımcısı ve ev kullanıcısı DDR4 ile DDR5 arasındaki farkın yanı sıra bu yeni belleklerden en verimli nasıl faydalanabileceklerini merak ediyor. Bu yazımızın DDR5 hakkında karanlıkta kalan noktaları aydınlatabileceğini düşünüyoruz.
​

DDR5 ile DDR4 arasındaki farkları en iyi şekilde Rambus tarafından yayınlanan aşağıdaki tabloyla ifade edebiliriz. En büyük fark gördüğünüz gibi hız değerlerinde ve bir modülde sağlanabilecek RAM miktarında ortaya çıkıyor. Bu da neredeyse iki katı bant genişliğine sahip olacağımız ve DDR4’e göre 4 kat daha fazla boyutlarda bellekler görebileceğimiz anlamına geliyor. Aynı zamanda bellek modülü başına kanal sayısının da 1’den 2’ye çıkarıldığını görüyoruz.

Rambus tarafından yayınlanan DDR5 bilgi tablosu.​

DDR4 standardı da günümüzde halen kullanılabilir olsa da genel itibariyle ekstrem durumlarda size asla yeterli bant genişliğini bir türlü sağlayamaz. DDR5 ise bu eksikliği büyük ölçüde giderecek olan teknolojidir. DDR4 DIMM’ler (bellek modülü) 1.6 GHz (gigahertz) hızında en fazla 3.2 Gbps verebilirken, ilk DDR5 bellek modülleri 4.8 Gbps’ye kadar bant genişliği sağlıyor. Bu yaklaşık %50 daha fazla bant genişliği anlamına geliyor. Ayrıca DDR5 bellekler DDR4 DRAM’in sunduğu veri hızının yaklaşık iki katına çıkararak 6.4 Gbps gibi hızlara ulaşabiliyor.

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

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

Adata tarafından üretilen bir DDR5 bellek modülünün görüntüsü.​

DDR5 ile bellek modüllerinde güç mimarisi bakımından da değişikliğe gidildi. DDR4 ve daha önceki DIMM bellek modüllerinde güç yönetimini anakart yaparken, DDR5 DIMM bellek modülleriyle güç yönetimi DIMM modülün kendisinde yapılmaya başlanıldı.

Ayrıca DDR5 DIMM’lerde sisteme ait güç beslemesi hakkında daha iyi ayrıntı sağlayan, PMIC (Power Management Integrated Circuit) olarak bilinen 12V güç yönetimi çipi bulunuyor. PMIC yardımıyla 1,1 VDD dağıtılıyor ve daha iyi bir şekilde DIMM kontrolü sağlanarak sinyal bütünlüğü (signal integrity) ile gürültü (noisy) seviyesi dengeleniyor.
​

Yazının en başında aslında DDR5 ile birçok alanda değişiklikler yapıldığını söylemiştik. Bu değişikliklerden biri de kanal mimarisinde gerçekleşti. Bildiğiniz gibi DDR4 DIMM bellek modülleri 64 veri biti ve 8 adet ECC (Error Correction Code) bitinden oluşan 72 bitlik bir veri yoluna sahip.

DDR5 ile beraber her bir DIMM modülünün iki adet 40 bitlik kanalı olacak. Bu 40 bitlik kanalların her biri 32 adet veri bitinden ve 8 ECC bitinden oluşuyor. Veri genişliği toplamda 64-bit yani öncekilerle aynı olsa da daha küçük iki adet bağımsız kanallar “bellek erişim verimliliğini” (improves memory Access efficiency) bi’ hayli artırıyor. Bundan yola çıkarak DDR5’in sadece hız artışından ibaret olmadığını, aynı zamanda verimlilik anlamında da yüksek MT/s ile beraber daha iyi olacağını söyleyebiliriz.

DDR5 DIMM bellek mimarisinde DIMM’lerin her biri bağımsız olarak yerleştirilmiş 40-bitlik kanallar tarafından sunulan sağ ve sol taraf RCD’leri paylaşıyor. DDR4 belleklerde ise RCD’lerin her tarafta iki adet çıkış saati (output clocks, clock bilgisayarlarda saniye başına işlenebilen sorguyu ifade eder) sağlanıyor. DDR5’te ise RCD’ler her tarafta dört adet çıkış saati sağlıyor ve x4 DRAM’lere sahip yüksek yoğunluklu DIMM’ler 5 DRAM’den oluşan her bir grubun kendi bağımsız saatini almasına izin veriyor.

Böylece her kademeye ve yarım kanala (half-channel) verilen bağımsız saatler sinyal bütünlüğünü iyileştiriyor, aynı zamanda VDD’yi düşürerek “lower noise margin issue” yani “düşük gürültü marjı” sorununun giderilmesini sağlıyor.
​

DDR5 ile yaşanan beşinci önemli değişiklik ise bellek modüllerindeki burst uzunluğundaki (burst lenght) farklılık. DDR4 bellekler BC4 ve BC8 olmak üzereyken, DDR5 DIMM bellek modüllerinde burst chop ve burst length BC8 ve BC16 olarak artırıldı. Onaltılık burst uzunlukları (BL16), tek bir burst yardımıyla tipik CPU cache boyutu olan 64 bayt veriye erişme imkanı tanıyor. Bu belleklerde bulunan bağımsız iki kanaldan yalnızca biri kullanılarak yapılabiliyor, bunun eşzamanlılık bakımından oldukça önemli bir gelişme olduğunu göz önüne alırsak iki kanal ile daha fazla bellek verimliliği söz konusu diyebiliriz.
​

Belki de en önemli ve dikkat çeken değişikliklerden biri DDR5’in daha yüksek kapasitedeki DRAM’leri desteklemesi. DDR5 DIMM ile beraber tek bir RAM üzerinde yani tek kalıpta 64 GB’a kadar DRAM yer alabilecek. DDR4 ise tek bir kalıpta (SDP) maksimum 16 GB DRAM destekliyor.

Ayrıca DDR5 ile beraber, sunulan yüksek kapasiteli DRAM’in yanı sıra için modül üzerinde ECC, hata şeffaflık modu (error transparency mode), paket sonrası onarım, okuma ve yazma CRC modları da destekleniyor.

Bilgisayarların kapasitelerinin ve işlem 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 kapasitelerde olabilirken DDR5 SDP tabanlı DIMM modüller bunu dört katına çıkararak 256 GB’a kadar destek sağlıyor.
​

DDR5 bellek standardının çıkışıyla beraber, daha yüksek hızlar ve daha düşük voltaj değerlerinin birtakım tasarımsal problemlere -özellikle de sinyal bütünlüğü konusunda- neden olabileceği konuşuluyor. En basitinden donanım tasarımcıları DDR4’e kıyasla daha fazla birbiriyle uyum sağlayacak şekilde anakartlar ve DIMM’lerin daha yüksek sinyal hızlarıyla başa çıkabilecek çeşitli tasarımlar yapması gerekecek. Ayrıca simülasyonlar esnasında sayısı artan DRAM’lerin de sinyal bütünlüğüne dikkat edilmeli.

DDR4 bellek tasarımında ilk sinyal bütünlüğü sorunları çift veri hızını etkileyen DQ’daydı ve daha düşük hızlı komut adresi (CA/Command Adress) veri yoluna daha az dikkat edilmişti. DDR5 tasarımları için CA veri yolu için bile sinyal bütünlüğü sağlanmasına dikkat edilmesi gerekiyor. DDR4’te DQ veri kanalının iyileştirilmesi amacıyla “diferansiyel geri besleme eşitlemesi” (DFE) kullanılması düşünülmüştü fakat DDR5 belleklerde RCD’nin CA veri yollarının alıcıları daha iyi sinyal alımı sağlamak için DFE tekniklerine ihtiyaç duyacak.

Ayrıca anakart üzerinde yer alan güç dağıtım ağı (PDN), DIMM’e kadar olan PMIC ile beraber değinilmesi gereken başka bir zorluk. Daha yüksek saat ve veri iletim hızını göz önünde bulundurursak PDN’nin daha iyi ve yüksek hızlarda iyi derecede sinyal bütünlüğü sağladığından emin olmak gerekecek. Ayrıca DIMM’lere temiz ve düzgün bir şekilde güç gönderdiğinden emin olmak için katı bir test sürecine tutulmaları gerekiyor.

Bir diğer tasarımsal zorluk ise, DIMM bellek modülüne giden DIMM bağlantı noktalarının da yeni saat ve veri hızlarını işleyebilecek şekilde tasarlanması gerekecek. Anakart ve sistem tasarımcılarının baskılı devre kartı (PCB) çevresinde yer alan bileşenler için ayarlamalar yaparken elektromanyetik girişim ve uyumluluk (EMI ve EMIC) ile orantılı olmasına dikkat etmesi gerekiyor.


​

İyi haber şu ki, DDR5 için bellek arabirim yongaları, DIMM’lere ana bellek denetleyicisinden gönderilen komut adresleri ve sinyaller için sinyal bütünlüğünü hayli geliştiriyor. Bu sistemde iki adet kanalın her biri için birer veri yolu RCD’ye gidiyor ve ardından DIMM’in iki yarısına yayılıyor. RCD, ana bellek denetleyicisinde gözüken CA veri yolunun aşırı yüklenmesini engelliyor, azaltmada oldukça fayda sağlıyor.

DDR5 veri arabelleği çipleri, veri yolları üzerinde yer alan etkin yüklerin azalmasını sağlayarak daha yüksek kapasiteli DRAM’ları DIMM üzerinde gecikmenin düşürülmesine gerek kalmadan kullanmaya imkan tanıyor.


​

Şüphesiz ki uzun zamandır bilgisayar dünyasında durgunluk yaşıyorduk, özellikle de bunu bellek sektörü söz konusu olduğunda kendisini hissettirecek cinsten bir durgunluk olarak ifade edebiliriz. DDR3’den sonra DDR4’e geçilmesiyle beraber daha biz ne olduğunu anlamadan hayatımıza yüksek boyuta ve yüksek frekans hızlarına sahip bellekler girmişti ve artık tamamen bilgisayar dünyasında standart haline gelmişti.

Şimdi ise daha farklı ve daha yüksek boyutlara sahip

Ziyaretçiler için gizlenmiş link,görmek için Giriş yap veya üye ol.

bellekleri bu yılın sonunda göreceğiz. Frekans hızlarında ve boyutlarda yaşanan artış nedeniyle zaman içerisinde artık yavaş yavaş düşük boyutlu bellek modüllerinin tedavülden kalkmaya başladığını görebiliriz. Fakat dünyada halihazırda süren çip krizi nedeniyle bu bellekleri beklediğimiz zaman diliminde göremeyebiliriz. DDR5 bellekler hepimizi heyecanlandırıyor. Bakalım zaman bizlere daha neler neler gösterecek?​