AI PC爆發(fā)前夜，高性能內(nèi)存如何突破性能天花板？

隨著端側(cè)AI的加速發(fā)展，PC產(chǎn)業(yè)迎來(lái)重要變革期。芯片、PC終端廠商競(jìng)相推出相關(guān)產(chǎn)品，共同打造AI PC生態(tài)。

在AI PC加速發(fā)展的同時(shí)，內(nèi)存子系統(tǒng)也面臨著新的挑戰(zhàn)。Rambus內(nèi)存接口芯片部門(mén)產(chǎn)品營(yíng)銷(xiāo)副總裁John Eble指出，AI模型規(guī)模正以每年10倍的速度持續(xù)增長(zhǎng)，目前已突破1萬(wàn)億參數(shù)。這意味著CPU、GPU系統(tǒng)需要不斷提升內(nèi)存性能、帶寬和容量，以維持處理器的高利用率并最小化延遲。

Rambus內(nèi)存接口芯片部門(mén)產(chǎn)品營(yíng)銷(xiāo)副總裁 John Eble

IDC 執(zhí)行分析師 Brandon Hoff 表示：“AI 的快速發(fā)展正在重塑 PC 市場(chǎng)，對(duì)內(nèi)存帶寬和容量的需求將持續(xù)加速增長(zhǎng)。由先進(jìn)內(nèi)存接口芯片組驅(qū)動(dòng)的高性能 LPDDR5 和 DDR5 內(nèi)存模塊，將成為釋放 AI 巨大潛力的關(guān)鍵所在?！?/p>

Rambus面向下一代AI PC內(nèi)存模塊的客戶(hù)端芯片組

為滿(mǎn)足AI等先進(jìn)工作負(fù)載的需求，數(shù)據(jù)速率在不斷提升，使得信號(hào)完整性和電源完整性管理愈發(fā)重要。憑借在高性能內(nèi)存領(lǐng)域30多年的經(jīng)驗(yàn)，Rambus在信號(hào)完整性和電源完整性方面形成深厚積淀，而這有助于DDR5和LPDDR5內(nèi)存接口芯片，以更高的性能為服務(wù)器和客戶(hù)端DIMM提供優(yōu)秀的信號(hào)完整性和功率效率。

日前，Rambus宣布推出面向下一代AI PC內(nèi)存模塊的完整客戶(hù)端芯片組，包含兩款全新的電源管理芯片（PMIC），分別是適用于LPDDR5 CAMM2（LPCAMM2）內(nèi)存模塊的PMIC5200，以及適用于DDR5 CSODIMM和CUDIMM的PMIC5120。這兩款PMIC與客戶(hù)端時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)器（CKD）和串行檢測(cè)（SPD）集線器共同組成了適用于AI PC、臺(tái)式電腦和工作站內(nèi)存模塊的完整芯片組解決方案。

LPCAMM2內(nèi)存模塊

在LPCAMM2模塊芯片組中，集成了PMIC5200，這款PMIC專(zhuān)為L(zhǎng)PDDR電壓軌優(yōu)化設(shè)計(jì)，旨在提供更高的電源轉(zhuǎn)換精度與效率。此外，該芯片組還包含SPD Hub，它不僅能存儲(chǔ)非易失性配置信息，還為I²C和I³C總線提供雙向重定時(shí)及再驅(qū)動(dòng)功能，并集成了片上溫度感應(yīng)器。

這些PMIC和SPD Hub等芯片協(xié)同工作，可實(shí)現(xiàn)高度可配置的模塊設(shè)計(jì)，使其能夠基于核心的LPDDR5技術(shù)支持廣泛的性能與容量應(yīng)用場(chǎng)景?！罢雇磥?lái)，我們預(yù)計(jì)此模塊外形規(guī)格及其組件芯片將能進(jìn)一步擴(kuò)展其能力，以支持高達(dá)10.7 GT/s的數(shù)據(jù)傳輸速率”，John Eble補(bǔ)充。

圖 1: 搭載 Rambus PMIC和SPD Hub芯片的LPCAMM2內(nèi)存模塊

針對(duì)LPCAMM2，John Eble解釋說(shuō)，“LP”指LPDDR5，是最初為手機(jī)設(shè)計(jì)的內(nèi)存，具備優(yōu)良的帶寬和容量、緊湊的外形規(guī)格以及極低的功耗。該技術(shù)允許將多個(gè)裸晶（die）堆疊，并通過(guò)引線鍵合工藝集成在單一封裝之中。要在低功耗下實(shí)現(xiàn)如此高的帶寬，內(nèi)存芯片必須非常靠近CPU。迄今為止，在PC上，這一目標(biāo)通常是通過(guò)將內(nèi)存直接焊接到主板上靠近CPU的位置來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

而CAMM是“壓縮附加內(nèi)存模塊”（Compression Attached Memory Module）的簡(jiǎn)稱(chēng)，其Z軸高度低于傳統(tǒng)SODIMM模塊，憑借其特有的連接器設(shè)計(jì)，可提供更為出色的信號(hào)完整性。而LPCAMM則進(jìn)一步方便了庫(kù)存管理、內(nèi)存擴(kuò)展以及模塊的維修與更換，這對(duì)于負(fù)責(zé)部署企業(yè)級(jí)筆記本電腦的IT部門(mén)來(lái)說(shuō)，無(wú)疑極具吸引力。

DDR5 CSODIMM 內(nèi)存模塊

第二款芯片組專(zhuān)為采用DDR5內(nèi)存的CSODIMM和CUDIMM兩種新型客戶(hù)端模塊外形規(guī)格而設(shè)計(jì)，可廣泛應(yīng)用于筆記本電腦、臺(tái)式機(jī)和工作站中。該芯片組包括PMIC5120、SPD Hub，旨在提升時(shí)鐘信號(hào)完整性并減少抖動(dòng)的CKD（客戶(hù)端時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)器）。

目前，該芯片組支持的模塊速度達(dá)每秒6400 MT/s及每秒7200 MT/s。“憑借其增強(qiáng)的電流供給能力，PMIC5120的架構(gòu)設(shè)計(jì)已為支持所有未來(lái)DDR5數(shù)據(jù)速率做好了準(zhǔn)備；PMIC5120和CKD本身也具備高度可配置性，可支持廣泛的性能及容量應(yīng)用”，John Eble指出 。

圖 2：搭載 Rambus PMIC、CKD 和 SPD Hub 芯片的 DDR5 CSODIMM 內(nèi)存模塊

Rambus完整內(nèi)存接口芯片組，提供超越JEDEC規(guī)范的價(jià)值

隨著這兩款全新PMIC的推出，Rambus現(xiàn)在可以為服務(wù)器和客戶(hù)端的所有JEDEC標(biāo)準(zhǔn)DDR5和LPDDR5內(nèi)存模塊提供完整內(nèi)存接口芯片組，包括：

• LPCAMM2芯片組：PMIC5200、SPD集線器
• DDR5 CSODIMM和CUDIMM芯片組：客戶(hù)端時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)器（CKD）、PMIC5120、SPD集線器
• DDR5 RDIMM 4800 – 8000芯片組：寄存時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)器（RCD）、PMIC、SPD集線器、溫度傳感IC
• DDR5 MRDIMM 12800芯片組：多路復(fù)用寄存時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)器 （MRCD）、多路復(fù)用數(shù)據(jù)緩存器 （MDB）、PMIC、SPD集線器、溫度傳感IC

Rambus內(nèi)存接口芯片高級(jí)副總裁兼總經(jīng)理Rami Sethi表示：“這兩款客戶(hù)端PMIC進(jìn)一步鞏固了DDR5服務(wù)器PMIC系列所建立的領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)，我們適用于LPCAMM2及DDR5 CUDIMM和CSODIMM的內(nèi)存接口芯片組，可幫助客戶(hù)靈活應(yīng)對(duì)新一代 AI PC 平臺(tái)對(duì)封裝形式、容量及帶寬的多樣化需求?！?/p>

盡管這些產(chǎn)品本身是JEDEC標(biāo)準(zhǔn)組件，但Rambus致力于為客戶(hù)提供超越JEDEC規(guī)范的價(jià)值。John Eble強(qiáng)調(diào)，Rambus的關(guān)鍵差異化優(yōu)勢(shì)在于，深厚的技術(shù)專(zhuān)長(zhǎng)、以及對(duì)產(chǎn)品所服務(wù)的終端市場(chǎng)具備深刻洞察。Rambus進(jìn)行的測(cè)試遠(yuǎn)不止于組件層面，而是擴(kuò)展到廣泛的系統(tǒng)級(jí)模塊測(cè)試；工程師對(duì)整個(gè)系統(tǒng)、固件以及接口時(shí)序訓(xùn)練（interface training）均有透徹的理解，能夠針對(duì)任何模塊相關(guān)問(wèn)題提供專(zhuān)業(yè)支持。

其次，在電源轉(zhuǎn)換效率方面，Rambus力求超越標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格。這不僅能節(jié)省功耗、降低總體擁有成本（TCO），亦有助于客戶(hù)達(dá)成其目標(biāo)。

第三，Rambus交付的產(chǎn)品能最大限度降低自身產(chǎn)生的噪聲，并對(duì)計(jì)算系統(tǒng)中可能發(fā)生的負(fù)載瞬變做出快速精準(zhǔn)的響應(yīng)。

最后，模塊在人工處理過(guò)程中可能會(huì)遇到過(guò)應(yīng)力情況，而Rambus的PMIC能夠承受至少兩倍于標(biāo)稱(chēng)輸入電壓的過(guò)壓，以確保其在任何應(yīng)力事件下都具備高可靠性和強(qiáng)韌性。

看好AI PC前景，先進(jìn)內(nèi)存芯片組大有可為

生成式AI和大語(yǔ)言模型（LLM）這類(lèi)新興的AI PC工作負(fù)載，正在對(duì)內(nèi)存的帶寬和容量提出更高要求，以支持海量數(shù)據(jù)處理和復(fù)雜的計(jì)算任務(wù)。

John Eble指出，DDR5和LPDDR5憑借顯著的帶寬提升和更優(yōu)的能效表現(xiàn)，在AI PC應(yīng)用日漸普及的趨勢(shì)下，已為滿(mǎn)足這些新需求做好了充分準(zhǔn)備。預(yù)計(jì)DDR5在客戶(hù)端市場(chǎng)的滲透將會(huì)加快，尤其是當(dāng)特定CPU能夠支持帶寬更高的模塊時(shí)?？梢灶A(yù)見(jiàn)，隨著新款CPU的推出及其對(duì)多種模塊的支持，AI PC將充分利用這些模塊所能達(dá)到的頂級(jí)速度。

在此趨勢(shì)下，AI PC內(nèi)存芯片組市場(chǎng)未來(lái)?yè)碛芯薮蟮脑鲩L(zhǎng)潛力。首個(gè)支持LPCAMM2的PC平臺(tái)預(yù)計(jì)將在今年年底問(wèn)世，這將推動(dòng)LPDDR5在模塊化方案領(lǐng)域得到更廣泛的采納。而首批搭載PMIC5120的平臺(tái)預(yù)計(jì)將于2026年底推出。屆時(shí)，這將推動(dòng)內(nèi)存模塊解決方案的數(shù)據(jù)傳輸速率達(dá)到8000 MT/s（每秒兆次傳輸）的水平。

“芯片組的市場(chǎng)機(jī)遇，與AI PC的整體發(fā)展機(jī)遇是緊密相連的。IDC的最新預(yù)測(cè)報(bào)告指出，AI PC的出貨量將持續(xù)增長(zhǎng)。IDC預(yù)計(jì)，AI PC的出貨量將從當(dāng)前的約5000萬(wàn)臺(tái)，增長(zhǎng)至2027年的超過(guò)1.67億臺(tái)。屆時(shí)，AI PC在全球PC總出貨量中的占比將達(dá)到約60%。因此，我們堅(jiān)信，AI技術(shù)在PC領(lǐng)域的普及將是大勢(shì)所趨”，John Eble補(bǔ)充。

此外，AI PC由于要運(yùn)行AI高級(jí)工作負(fù)載，因此需要提供更大的內(nèi)存帶寬和更高的容量。一些業(yè)內(nèi)人士估計(jì)，AI PC所需的內(nèi)存容量可能是傳統(tǒng)PC的1.5-2倍，而所有這些性能（包括帶寬和容量）的提升都必須在合理的功耗預(yù)算內(nèi)完成。

John Eble認(rèn)為，PMIC正是在應(yīng)對(duì)這種供電挑戰(zhàn)中扮演關(guān)鍵角色的組件，它們能夠?qū)﹄妷汉碗娏鬟M(jìn)行優(yōu)化及精細(xì)化控制，從而提升電源效率，有助于解決模塊層面的平臺(tái)級(jí)供電挑戰(zhàn)。當(dāng)PC在不同電源狀態(tài)間切換時(shí)，PMIC也必須在寬泛的負(fù)載范圍內(nèi)保持高效的電源轉(zhuǎn)換率。并且，PMIC還需要支持例如動(dòng)態(tài)電壓頻率縮放（DVFS）等高級(jí)特性。

“LPCAMM2未來(lái)將在行業(yè)內(nèi)發(fā)揮至關(guān)重要的作用，因?yàn)樗沟迷谀切﹤鹘y(tǒng)板載焊接LPDDR5方案并不可行或不被接受的細(xì)分市場(chǎng)中，用戶(hù)也能夠充分利用LPDDR5內(nèi)存所帶來(lái)的卓越性能與能效優(yōu)勢(shì)“，John Eble表示，“在此趨勢(shì)下，LPCAMM2作為一項(xiàng)新技術(shù)，OEM廠商可能會(huì)率先將其部署在工作站級(jí)別的筆記本電腦上，作為首發(fā)應(yīng)用平臺(tái)。未來(lái)，LPCAMM2憑借LPDDR5X所能提供的額外帶寬，不僅在AI PC，甚至在臺(tái)式機(jī)領(lǐng)域，都將大有可為?！?/p>