DDR4 ve DDR5 Farkı: Geçmeye Değer Mi?

DDR4 ve DDR5 arasındaki fark ne? Yükseltme için yeterli sebep var mı? Bütün soruları cevaplıyoruz.

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. Bellekleriniz ne kadar hızlıysa işlemciniz de bellekte depolanan verilere o kadar hızlı erişir.

Her geçen gün teknolojinin gelişmeye devam etmesi, insanların neredeyse her alanda bilgisayarların hızına ve işlem gücünden yararlanmaya başlaması nedeniyle artık 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 endüstrinin kullanımına sunulacak olan yüksek hızlı bir bellek standardı. DDR5, JEDEC (Joint Electron Device Engineering Council/Ortak Elektron Cihazları 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 tasarımcısı ve ev kullanıcısı DDR4 ile DDR5 arasındaki farkın yanı sıra bu yeni belleklerden en verimli nasıl faydalanabileceklerini merak ediyor. Gelin DDR5 hakkında karanlıkta kalan noktaları aydınlatalım.

DDR5 ile DDR4 Arasında Ne Fark Var?

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 boyutta bellekler görebileceğimiz anlamına geliyor. Aynı zamanda bellek modülü başına kanal sayısının da 1’den 2’ye çıkarıldığını görüyoruz.

DDR5 ile Gelen Yenilikler ve Avantajlar

1 – DDR5, 6.4 Gbps’ye Ölçekleniyor

DDR4 standardı günümüzde halen kullanılabilir olsa da genel itibariyle ekstrem durumlarda size asla yeterli bant genişliği 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.

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. 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 tasarımı yapacak mühendislerin daha küçük gürültü bağışıklığı marjını göz önüne almasını gerektirecek.

3 – DDR5 için Yeni Güç Mimarisi

DDR5 ile bellek modüllerinde güç mimarisi bakımından da değişikliğe gidildi. DDR4 ve daha önceki DIMM bellek modüllerinde güç yönetimini anakart yaparken, DDR5 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.

4 – DDR5 ve DDR4 Bellek Kanal Mimarisi

DDR5 ile birçok alanda değişiklikler yapıldığını söylemiştik. Bu değişikliklerden biri de kanal mimarisinde gerçekleşti. Bildiğiniz gibi DDR4 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 aynı olsa da (toplamda 64 bit), daha küçük iki bağımsız kanala sahip olmak bellek erişim verimliliğini 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 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 grubunun (tek sıra, yarım kanal) kendi bağımsız saatini almasına izin veriyor. Böylece her sıraya ve yarım kanala (half-channel) verilen bağımsız saatler sinyal bütünlüğünü iyileştiriyor ve VDD’yi düşürünce ortaya çıkan daha düşük gürültü marjı sorununu gidermeye yardımcı oluyor.

5 – Veri Bloğu Uzunluğunun Artışı

DDR5 ile yaşanan beşinci önemli değişiklik ise bellek modüllerinin veri bloğu uzunluğundaki (Burst Length) farklılık. DDR5 için, veri kesimi (burst chop) ve veri 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 veriye erişme imkanı tanıyor. Bu, belleklerde bulunan iki bağımsız kanaldan yalnızca biri kullanılarak yapılabiliyor. Bu, eşzamanlı çalışmada önemli bir gelişme ve iki kanal ile daha fazla bellek verimliliği sağlıyor.

6 – Daha Yüksek Kapasitede DRAM Desteği

Belki de en önemli ve dikkat çeken değişikliklerden biri DDR5’in daha yüksek kapasiteli DRAM’leri desteklemesi. DDR5 ile beraber 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) maksimum 16 Gb DRAM destekliyor.

DDR5, yüksek kapasiteli modeülleri desteklemek için çip üzerinde ECC, hata şeffaflık modu, paketleme sonrası onarım ve okuma ve yazma CRC modları gibi özellikleri de destekliyor.

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 kapasiteler sunabilirken DDR5 SDP tabanlı DIMM modülleri bunu sekiz katına çıkararak 512 GB’a kadar destek sağlıyor.

Meraklısına: DDR5’teki Tasarımsal Zorluklar

DDR5’teki bu değişiklikler, daha yüksek hızlar 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 hızlarıyla başa çıkabilmesini sağlaması gerekecek. Sistem düzeyinde simülasyonlar gerçekleştirirken, tüm DRAM konumlarındaki sinyal bütünlüğünün kontrol edilmesi gerekiyor.

DDR4 bellek tasarımında birincil sinyal bütünlüğü zorlukları çift veri hızı (DDR) DQ veri yolundaydı ve düşük hızlı komut adresi (CA) veriyoluna daha az dikkat edilmişti. DDR4’te, DQ veri kanalını iyileştirmek için kademeli geri besleme eşitlemesinin (DFE) kullanılması düşünülmüştü. Ancak DDR5 için, RCD’nin CA veri yolu alıcıları, iyi sinyal alımı için DFE seçeneklerine de ihtiyaç duyacak.

Daha yüksek saat ve veri hızlarını göz önünde bulundurarak, PDN’nin iyi sinyal bütünlüğü ve modüllere temiz güç sağlayarak daha yüksek hızda çalışmanın yükünü kaldırabileceğinden emin olmak gerekecek.

Bir diğer zorluk ise, bellek modülüne giden DIMM bağlantı noktalarının da yeni saat ve veri hızlarını işleyebilecek şekilde tasarlanması. Sistem tasarımcıları özellikle daha yüksek saat ve veri hızları söz konusu olduğundan baskılı devre kartı (PCB) etrafında elektromanyetik parazit ve uyumluluk (EMI ve EMC) için tasarımlarına daha fazla dikkat etmek zorunda.

DDR5 Bellek Arabirimi DDR5’in Avantajından En İyi Nasıl Yararlanabilir?

İyi haber şu ki, DDR5 bellek arabirim yongaları, ana bellek denetleyicisinden DIMM’lere gönderilen komut ve adres sinyalleri için sinyal bütünlüğünü iyileştiriyor. İki kanalın her biri için veri yolu RCD’ye gidiyor ve ardından DIMM’in iki yarısına yayılıyor. RCD, ana bellek denetleyicisinin gördüğü CA veri yolu üzerindeki yüklemeyi etkili bir şekilde azaltıyor.

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

Sonuç

Söz konusu masaüstü bellek teknolojisi olduğunda uzun zamandır bir durgunluk yaşıyorduk. İlk DDR4 sistemi 6 yıl önce topladığımızı hesaba katarsak, bu bellek teknolojisi ile epey uzun zamandır birlikte olduğumuzu söyleyebiliriz. 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 64-bit standart haline gelmişti.

Şimdi ise daha farklı ve daha yüksek boyutlara sahip DDR5 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?