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Hot Chips 33: Samsung stapelt dünne DDR5-Lagen für 512-GB-Module

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ddr5 speicherDer Einsatz von DDR5 soll die zur Verfügung stehende Bandbreite und Kapazitäten deutlich erhöhen. Dazu sollen die Module eine Einzelkapazität von bis zu 512 GB erreichen. Damit ließe sich die Lücke schließen, die moderne Serversysteme hinsichtlich der Kapazität offenbaren, denn zwar unterstützen die Prozessoren von AMD und Intel bis zu 4 TB DDR-Speicher pro Sockel, DDR4-Module mit 256 GB gibt es aber quasi nicht. Intel hat dies mit dem Optane DC Persistent Memory teilweise umgehen können und kommt somit sogar auf 6 TB pro Sockel in der Maximalkonfiguration, die Entwicklung des Speichers läuft den Kapazitätsanforderungen aber schon lange hinterher.

DDR5-7200 mit 512 GB pro Modul – über diese Pläne sprach Samsung bereits Anfang 2021. Auf der Hot Chips 33 hat man nun erläutert, wie diese Ziele erreicht werden sollen. Bisher fertigt Samsung den DDR4-Speicher in vier Lagen mit einer Gesamthöhe von 1,2 mm. Verbunden sind die einzelnen Lagen über TSVs (Through-Silicon Via). Den neuen DDR5-DRAM hingegen will Samsung in bis zu acht Lagen stapeln, was die Kapazität theoretisch verdoppelt. Viel wichtiger ist jedoch, dass die Gesamthöhe sich nicht verdoppelt, sondern diese Speicherchips mit einer Höhe von 1 mm sogar weniger hoch aufbauen als die DDR4-Pendants.

Möglich wird dies durch ein Thinning, also das Abschleifen der Schichten auf ein gewisses Mindestmaß. Um 40 % dünner aufbauen sollen die jeweiligen Speicherebenen. Nur durch die dünneren Schichten sind die höheren Kapazitäten möglich, da auch die Kühlung der untersten Schichten überhaupt erst möglich wird. Die Fertigung und Anbindung der Schichten mittels der TSVs scheint Samsung inzwischen im Griff zu haben.

DDR5 bietet also eine höhere Kapazität, die bisher auf Basis von DDR4 technisch nicht umsetzbar war. Hinzu kommt eine höhere Effizienz, da die Versorgungsspannung auf 1,1 V gesenkt wird und der Power Management Integrated Circuit (PMIC, die integrierte Spannungsregulierung) für weitere Effizienzgewinne sorgt.

Schlussendlich macht man aus der Not eine Tugend, denn eigentlich verfügt der DDR5 aufgrund der immer komplexeren Fertigung über ein On-Die Fehlerkorrektur (ODECC) – genau wie GDDR5X und GDDR6. Zugleich soll die Bit Error Rate (BER) um den Faktor eine Million niedriger ausfallen. Dies gilt natürlich nur für die Daten, die sich auf den Speichermodulen befinden. Ein ECC auf dem Transportweg zum Speichercontroller muss zusätzlich angewendet werden, damit die Daten auch in der Übertragung unverfälscht, bzw. ohne Fehler bleiben. Ohne ein ODECC wäre ein DDR5 in dieser Form wohl kaum umsetzbar gewesen.

Bereits zum Jahresende will Samsung die ersten DDR5-7200-Module mit einer Kapazität von 512 GB in der Massenproduktion fertigen können. Für die Jahre 2023/2024 erwartet Samsung, dass DDR5 häufiger zum Einsatz kommt als DDR4. Die ersten Plattformen mit der Unterstützung von DDR5 werden im kommenden Jahr erwartet – erste Ankündigungen erfolgen aber bereits in diesem Jahr bzw. sind in Form von Sapphire Rapids (der nächsten Xeon-Generation) bereits erfolgt.

Das, was Samsung heute gezeigt hat, sind RDIMM- und LRDIMM-Module für den Einsatz in Server-Systemen. Für den Endkundenbereich ist eine Verdopplung der Kapazitäten aber ebenso möglich. UDIMM-Module mit 64 GB sind also durchaus wahrscheinlich, wenngleich es dazu noch keine konkreten Ankündigungen gibt. 128 GB in einem Dual-Channel-System mit nur zwei Modulen dürften aber für viele verlockend sein.

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