高速數(shù)據(jù)中心蓬勃發(fā)展，DRAM內(nèi)存接口功不可沒

高性能人工智能（AI）數(shù)據(jù)中心正在以前所未有的方式重塑半導(dǎo)體設(shè)計版圖和投資方向。早在2022年，AI基礎(chǔ)設(shè)施方面的支出規(guī)模就已接近150億美元。而今年這一數(shù)字可能輕松突破600億美元大關(guān)。沒錯，“吸金”，各種資金正從各種投資計劃中向數(shù)據(jù)中心涌入。

顯然，我們正處在一個人工智能資本支出空前高漲的時代——盡管DeepSeek等新入局者的潛在影響尚難以被準(zhǔn)確估量。但不可否認(rèn)的是，就在英偉達(dá)（Nvidia）、AMD等公司的高性能計算（HPC）處理器成為行業(yè)焦點(diǎn)的同時，用于存儲訓(xùn)練和推理模型的高帶寬內(nèi)存同樣迎來了屬于自己的時代。據(jù)推測，2024年DRAM營收預(yù)計將創(chuàng)下近1160億美元的新高。

隨著數(shù)據(jù)中心服務(wù)器的不斷升級，CPU內(nèi)核數(shù)量持續(xù)增加，這就需要更大的內(nèi)存容量來為每個處理器內(nèi)核提供更高帶寬的數(shù)據(jù)支持。然而，物理定律的限制突顯，CPU信號的傳輸速度和距離也均存在上限。在這種背景下，寄存器時鐘驅(qū)動器（RCD）和數(shù)據(jù)緩沖器等內(nèi)存接口設(shè)備發(fā)揮了關(guān)鍵作用。通過重新驅(qū)動時鐘、命令、地址和數(shù)據(jù)信號，并顯著改善信號完整性，這些接口使整個內(nèi)存子系統(tǒng)在速度和容量上得以實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展。

如今，瑞薩的第5代RCD使帶寄存器的DIMM（RDIMM）能夠以每秒8千兆傳輸（GT/s）的速度運(yùn)行。大多數(shù)數(shù)據(jù)中心服務(wù)器都使用 RDIMM，盡管某些 HPC 系統(tǒng)甚至需要更高的內(nèi)存子系統(tǒng)性能。

內(nèi)存接口進(jìn)一步提升DRAM和處理器性能

在過去三十年中，對于數(shù)據(jù)中心服務(wù)器系統(tǒng)至關(guān)重要的DRAM架構(gòu)實(shí)際上并未發(fā)生根本性的變化。其密度、速度和能效的提升主要?dú)w功于深亞微米半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，而新的2.5D和3D堆疊DRAM封裝技術(shù)能實(shí)現(xiàn)更高容量的DIMM模塊。

如上文所述，從同步DRAM起步，歷經(jīng)多代雙倍數(shù)據(jù)率（DDR）DRAM，內(nèi)存接口技術(shù)的進(jìn)步在幫助接口追趕處理器速度方面發(fā)揮了超乎尋常的作用。

多路DIMM（MRDIMM）是一種專為AI和HPC數(shù)據(jù)中心應(yīng)用而設(shè)計的創(chuàng)新技術(shù)。該技術(shù)的誕生，由瑞薩、英特爾和內(nèi)存供應(yīng)商共同攜手推動。與相應(yīng)服務(wù)器系統(tǒng)中的RDIMM相比，MRDIMM可助力內(nèi)存子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)更高的帶寬擴(kuò)展。具體而言，MRDIMM通過使兩列內(nèi)存能夠同時獲取數(shù)據(jù)，將主機(jī)接口的數(shù)據(jù)傳輸速度提高了一倍，進(jìn)而使內(nèi)存帶寬提高了6%至33%。

瑞薩DRAM接口助力縮小處理器與內(nèi)存的性能差距

2025年末，瑞薩推出了首款針對第二代DDR5 MRDIMM的完整內(nèi)存接口芯片組解決方案。其運(yùn)行速度高達(dá)12.8 GT/s，相比標(biāo)準(zhǔn)DIMM的最高8.0 GT/s，是一個巨大的飛躍。

我們是如何做到的？這得益于一系列高度協(xié)調(diào)的組件技術(shù)。自瑞薩收購Integrated Device Technology（IDT）以來，公司就一直致力于解決一個困擾內(nèi)存性能的核心問題：信號完整性。

隨著DRAM與CPU之間的速度差距日益拉大，DRAM的物理負(fù)載問題逐漸成為系統(tǒng)架構(gòu)師亟需攻克的難題。瑞薩憑借自身在模擬和混合信號設(shè)計領(lǐng)域的優(yōu)勢，敏銳捕捉到了應(yīng)對這一挑戰(zhàn)的契機(jī)，并率先推出一款用于截取并重新驅(qū)動DRAM與處理器間時鐘信號及命令地址的RCD。在此基礎(chǔ)上，我們開發(fā)了一系列全緩存DIMM，將系統(tǒng)內(nèi)存接口上的所有信號（包括時鐘、命令地址和數(shù)據(jù)）進(jìn)行封裝整合。

如今，我們的最新DDR5內(nèi)存接口不僅包括第二代RCD和MRDIMM的數(shù)據(jù)緩存，還集成了電源管理IC（PMIC），這些技術(shù)使瑞薩成為唯一一家能夠?yàn)橄乱淮鶵DIMM和MRDIMM提供完整芯片組解決方案的公司。此外，瑞薩通過“DIMM電壓調(diào)節(jié)”概念的推廣，為提升系統(tǒng)能效做出了重要貢獻(xiàn)。如今，電壓調(diào)節(jié)電路可直接集成在DIMM上，而非主板上，從而實(shí)現(xiàn)了更高效、分布式的電源模型。這一目標(biāo)通過PMIC實(shí)現(xiàn)，它可在本地生成并調(diào)節(jié)DIMM各組件所需的全部電壓。

利用面向未來的電子設(shè)計生態(tài)系統(tǒng)

瑞薩與領(lǐng)先的CPU和內(nèi)存供應(yīng)商、超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心客戶，以及JEDEC等標(biāo)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)攜手，共同構(gòu)建了龐大的設(shè)計生態(tài)系統(tǒng)，并在此合作過程中積累了豐富的內(nèi)部專業(yè)知識。這使我們能夠確定DRAM組件的裝配數(shù)量和運(yùn)行速度，從而有效消除了制約DIMM速度與容量提升的瓶頸。

與此同時，這也為我們帶來了將AI數(shù)據(jù)中心相關(guān)技術(shù)應(yīng)用于新興場景的機(jī)會，例如，工業(yè)網(wǎng)絡(luò)控制邊緣的設(shè)計對處理能力和內(nèi)存帶寬提出了更高的要求，其數(shù)據(jù)必須被實(shí)時捕捉并轉(zhuǎn)化為具有可操作性的見解。同樣，汽車安全和自動駕駛應(yīng)用所需的海量數(shù)據(jù)也迅速將我們的車輛轉(zhuǎn)變?yōu)椤败囕喩系姆?wù)器”。

如果問及將內(nèi)存接口技術(shù)與AI時代需求相匹配的過程中學(xué)到了什么，那就是：數(shù)據(jù)從不停歇，它始終在“前進(jìn)”，而我們亦是如此。

作者：Sameer Kuppahalli----VP & GM Memory Interface and Advanced Connectivity Product Division