| RAM의 종류 | |
| 개발 | JEDEC |
|---|---|
| 유형 | 동기 동적 랜덤 액세스 메모리 (SDRAM) |
| 세대 | 4세대 |
| 출시일 | 2014년 |
| 표준 |
|
| 클럭 속도 | 800–1600 MHz |
| 사이클 시간 | 0.625 ns ~ 1.25 ns |
| 프리페처 버퍼 | 8n 프리페치 아키텍처 |
| 버스 클럭 속도 | 1600 MT/s ~ 3200 MT/s |
| 전송 속도 | 12.8 GB/s ~ 25.6 GB/s |
| 전압 | 기준 1.2 V |
| 이전 | DDR3 SDRAM (2007) |
| 다음 | DDR5 SDRAM (2020) |
컴퓨팅 분야에서 DDR4 SDRAM은 고대역폭 ("더블 데이터 레이트") 인터페이스를 갖춘 동기 동적 랜덤 액세스 메모리의 한 유형이다.
2014년에 시장에 출시된 이 메모리는 1970년대 초부터 사용되어 온 동적 램 (DRAM)의 변형이며, DDR2 및 DDR3 기술을 잇는 고속 후속 기술이다.
DDR4는 신호 전압 및 물리적 인터페이스 등의 요인으로 인해 이전 유형의 랜덤 액세스 메모리 (RAM)와 호환되지 않는다.
DDR4 SDRAM은 2014년 2분기에 ECC 메모리에 집중하여 일반 시장에 출시되었으며, 비 ECC DDR4 모듈은 DDR4 메모리를 필요로 하는 하스웰-E 프로세서의 출시에 맞춰 2014년 3분기에 출시되었다.
이전 세대인 DDR3와 비교하여 DDR4의 주요 장점은 더 높은 모듈 밀도와 더 낮은 전압 요구 사항, 그리고 더 높은 데이터 전송 속도를 포함한다. DDR4 표준은 DIMM당 최대 16 GB였던 DDR3와 비교하여 최대 64 GB 용량의 DIMM을 허용한다.
이전 세대의 DDR 메모리와 달리, 프리페치는 DDR3에서 사용된 8n 이상으로 증가하지 않았다.: 16 기본 버스트 크기는 8개의 64비트 단어이며, 초당 더 많은 읽기/쓰기 명령을 전송하여 더 높은 대역폭을 달성한다. 이를 위해 표준은 DRAM 뱅크를 두 개 또는 네 개의 선택 가능한 뱅크 그룹으로 나누며, 서로 다른 뱅크 그룹으로의 전송은 더 빠르게 수행될 수 있다.
전력 소비는 속도에 따라 증가하기 때문에, 감소된 전압은 과도한 전력 및 냉각 요구 사항 없이 더 높은 속도의 작동을 가능하게 한다.
DDR4 RAM은 1.2 V 전압에서 작동하며 800 MHz에서 1600 MHz 사이의 주파수(DDR4-1600 ~ DDR4-3200)를 지원한다. 1.5 V 전압에서 400 MHz ~ 1067 MHz 주파수(DDR3-800 ~ DDR3-2133)로 작동하는 DDR3와 비교할 때, DDR4는 더 나은 성능과 에너지 효율을 제공한다. DDR4 속도는 더블 데이터 레이트(DDR) 특성으로 인해 기본 클럭 속도의 두 배로 광고되며, 일반적인 속도로는 DDR4-2400 및 DDR4-3200이 있고, DDR4-4266 및 DDR4-5000과 같은 더 높은 속도는 고가에 판매된다. DDR3와 달리 DDR4는 저전압 변형 모델이 없으며 일관되게 1.2 V에서 작동한다. 또한 DDR4는 DDR3보다 긴 16의 버스트 길이를 제공하고 더 큰 메모리 용량을 지원하여 성능과 시스템 유연성을 모두 향상시킨다.


2013년 4월, 인터내셔널 데이터 그룹 (IDG) — 원래 IDC의 일부였던 미국의 기술 연구 기업 — 의 한 뉴스 기고가는 DDR4 SDRAM과 관련된 인식을 분석했다. 그 결론은 느리지만 저전력 메모리를 사용하는 모바일 컴퓨팅 및 기타 장치의 인기 증가, 전통적인 데스크톱 컴퓨팅 부문의 성장 둔화, 메모리 제조 시장의 통폐합으로 인해 RAM의 마진이 빡빡해졌다는 것이었다.
그 결과 새로운 기술에 대한 희망적인 프리미엄 가격을 달성하기가 더 어려워졌고 생산 능력이 다른 부문으로 옮겨갔다. iSuppli의 마이크 하워드에 따르면 SDRAM 제조업체와 칩셋 제작자는 어느 정도 "진퇴양난"에 빠져 있으며, "누구도 DDR4 제품에 프리미엄을 지불하고 싶어 하지 않고 제조업체는 프리미엄을 받지 못한다면 메모리를 만들고 싶어 하지 않는다"라고 한다. 따라서 데스크톱 컴퓨팅에 대한 소비자 심리의 전환과 인텔 및 AMD의 DDR4 지원 프로세서 출시가 잠재적으로 "공격적인" 성장을 이끌 수 있었다.
인텔의 2014년 하스웰 로드맵은 하스웰-EP 프로세서에서 회사의 첫 번째 DDR4 SDRAM 사용을 공개했다.
2016년에 공개되어 2017년에 출시된 AMD의 라이젠 프로세서는 DDR4 SDRAM을 사용한다.
DDR4 RAM은 1.2 V의 기본 공급 전압과 워드라인 부스팅(VPP)을 위한 보조 2.5 V 공급으로 작동한다. 이는 1.5 V에서 작동하고 2013년에 1.35 V의 저전압 변형 모델이 도입된 DDR3 SDRAM과 대조된다. DDR4는 유사한 속도에서 DDR3의 한계에 영향을 받아 최소 전송 속도 2133 MT/s로 도입되었으며 최대 4266 MT/s에 도달할 것으로 예상된다. DDR4의 주목할 만한 개선 사항으로는 데이터 전송 속도 증가와 향상된 효율성이 있다. 2011년 1월 삼성의 초기 DDR4 샘플은 DDR2에서 DDR3로의 전환과 유사한 13 클럭 주기의 CAS 레이턴시를 보여주었다. 또한 DDR4는 16의 더 긴 버스트 길이, 더 높은 용량 지원, 그리고 더 좁은 핀 간격(1.0mm 대비 0.85mm), 약간 증가된 높이(30.35mm 대비 31.25mm), 더 두꺼운 두께(1.0mm 대비 1.2mm)를 통한 향상된 신호 무결성을 특징으로 하여 더 나은 신호 라우팅과 성능을 제공한다.
내부 뱅크는 16개(뱅크 선택 비트 4개)로 증가했으며 DIMM당 최대 8개의 랭크를 가질 수 있다.: 16
프로토콜 변경 사항은 다음과 같다:: 20
메모리 밀도의 증가는 TSV ("실리콘 관통 전극") 또는 기타 3D 적층 공정을 사용하여 이루어질 것으로 예상된다. JEDEC에 따르면 DDR4 사양은 "처음부터" 표준화된 3D 적층을 포함하며 최대 8단 적층 다이를 제공한다.: 12 X-bit Labs는 "그 결과 매우 높은 밀도의 DDR4 메모리 칩이 상대적으로 저렴해질 것"이라고 예측했다.
스위치형 메모리 뱅크 또한 서버용으로 예상되는 옵션이다.
2008년, Wafer Level 3-D ICs Process Technology 서적에서는 차지 펌프, 전압 조정기 및 추가 회로와 같은 확장되지 않는 아날로그 요소로 인한 다이 면적 소비 증가에 대한 우려를 강조했다. CRC 오류 감지, 온-다이 터미네이션, 버스트 하드웨어, 프로그래밍 가능한 파이프라인, 낮은 임피던스, 그리고 더 많은 감지 증폭기 요구(전압 저하로 인한 비트라인 당 비트 수 감소에 기인)를 포함한 이러한 구성 요소들은 대역폭을 크게 증가시켰으나 다이 면적을 더 많이 차지하는 비용을 초래했다. 결과적으로 메모리 어레이 자체에 할당된 다이 비율은 시간이 지남에 따라 감소했다. SDRAM 및 DDR1의 경우 70–78%였으나 DDR2는 47%, DDR3는 38%, 그리고 DDR4는 30% 미만이 될 가능성이 있다.
이 사양은 2, 4, 8 및 16 Gbit 용량의 ×4, ×8 및 ×16 메모리 장치에 대한 표준을 정의했다.
대역폭 및 용량 변형 외에도 DDR4 모듈은 선택적으로 다음을 구현할 수 있다.
| 명령 | CS | BG1–0, BA1–0 | ACT | A17 | A16 RAS | A15 CAS | A14 WE | A13 | A12 BC | A11 | A10 AP | A9–0 | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 선택 해제 (Deselect, 무작업) | H | X | |||||||||||
| 활성화 (Active): 행 열기 | L | 뱅크 | L | 행 주소 | |||||||||
| 무작업 (No operation) | L | V | H | V | H | H | H | V | |||||
| ZQ 보정 (ZQ calibration) | L | V | H | V | H | H | L | V | Long | V | |||
| 읽기 (Read, BC=버스트 촙) | L | 뱅크 | H | V | H | L | H | V | BC | V | AP | 열 | |
| 쓰기 (Write, AP=자동 프리차지) | L | 뱅크 | H | V | H | L | L | V | BC | V | AP | 열 | |
| 할당되지 않음, 예약됨 | L | V | v | V | L | H | H | V | |||||
| 모든 뱅크 프리차지 | L | V | H | V | L | H | L | V | H | V | |||
| 단일 뱅크 프리차지 | L | 뱅크 | H | V | L | H | L | V | L | V | |||
| 새로 고침 (Refresh) | L | V | H | V | L | L | H | V | |||||
| 모드 레지스터 설정 (MR0–MR6) | L | 레지스터 | H | L | L | L | L | L | 데이터 | ||||
| |||||||||||||
기본적으로 이전과 동일한 방식으로 작동하지만, DDR4는 이전 SDRAM 세대에서 사용된 명령 형식에 한 가지 주요 변경 사항을 적용했다. 새로운 명령 신호인 ACT는 활성화(행 열기) 명령을 나타내기 위해 낮은 레벨로 유지된다.
활성화 명령은 다른 어떤 명령보다 더 많은 주소 비트(16 Gbit 부품에서 18개의 행 주소 비트)를 필요로 하므로, 표준 RAS, CAS 및 WE active low 신호는 ACT가 높을 때 사용되지 않는 상위 주소 비트와 공유된다. 이전에 활성화 명령을 인코딩했던 RAS=L 및 CAS=WE=H의 조합은 사용되지 않는다.
이전 SDRAM 인코딩과 마찬가지로 A10은 명령 변형을 선택하는 데 사용된다. 읽기 및 쓰기 명령에서의 자동 프리차지, 그리고 프리차지 명령에서의 단일 뱅크 대 모든 뱅크 선택이다. 또한 ZQ 보정 명령의 두 가지 변형을 선택한다.
DDR3와 마찬가지로 A12는 버스트 촙(burst chop)을 요청하는 데 사용된다. 즉, 8번의 전송 버스트를 4번의 전송 후 중단하는 것이다. 8번의 전송 시간이 경과할 때까지 뱅크가 여전히 사용 중이고 다른 명령에 사용할 수 없지만, 다른 뱅크에 액세스할 수 있다.
또한 뱅크 주소의 수가 크게 증가했다. 각 DRAM 내에서 최대 16개의 뱅크를 선택하기 위해 4개의 뱅크 선택 비트가 있다. 두 개의 뱅크 주소 비트(BA0, BA1)와 두 개의 뱅크 그룹 비(BG0, BG1)이다. 동일한 뱅크 그룹 내의 뱅크에 액세스할 때는 추가적인 타이밍 제한이 있으며, 다른 뱅크 그룹의 뱅크에 액세스하는 것이 더 빠르다.
또한 3개의 칩 선택 신호(C0, C1, C2)가 있어 단일 DRAM 패키지 내에 최대 8개의 적층된 칩을 배치할 수 있다. 이들은 실질적으로 3개의 뱅크 선택 비트 역할을 하여 총 7개(128개의 가능한 뱅크)가 된다.
표준 전송 속도는 1600, 1866, 2133, 2400, 2666, 2933 및 3200 MT/s이며 (12⁄15, 14⁄15, 16⁄15, 18⁄15, 20⁄15, 22⁄15 및 24⁄15 GHz 클럭 주파수, 더블 데이터 레이트), 최대 DDR4-4800(2400 MHz 클럭)까지 상업적으로 이용 가능하다.
마이크론 테크놀로지의 DDR4 팀은 IC 및 PCB 설계를 위한 몇 가지 핵심 사항을 식별했다.
IC 설계:
회로 기판 설계:
Rowhammer 완화 기술에는 더 큰 저장 커패시터, 주소 공간 배치 무작위화를 사용하기 위한 주소 라인 수정, 그리고 고속 쓰기/읽기 속도에서 불안정성을 초래할 수 있는 잠재적 경계 조건을 추가로 격리하는 듀얼 전압 I/O 라인이 포함된다.

DDR4 메모리는 240핀 DDR3 DIMM과 크기가 유사한 288핀 듀얼 인라인 메모리 모듈 (DIMM)로 공급된다. DDR4 RAM 모듈은 DDR3의 1.0 mm 간격에 비해 더 촘촘한 0.85 mm 간격의 핀을 갖추고 있어 동일한 133.35 mm(5¼인치) 표준 DIMM 길이 내에서 더 높은 핀 밀도를 제공한다. DDR4 모듈의 높이는 신호 라우팅을 용이하게 하기 위해 30.35 mm(1.2인치)에서 31.25 mm(1.23인치)로 약간 증가했다. 또한 DDR4 모듈의 두께는 더 많은 신호 레이어를 지원하기 위해 1.0 mm에서 1.2 mm로 증가하여 전반적인 성능과 신뢰성을 향상시켰다. DDR4 DIMM 모듈은 약간 구부러진 에지 커넥터를 가지고 있어 모듈 삽입 시 모든 핀이 동시에 맞물리지 않도록 하여 삽입력을 낮춘다.
DDR4 SO-DIMM은 204핀인 DDR3 SO-DIMM 대신 260핀을 가지며 간격은 0.6mm 대신 0.5mm이고 너비는 2.0mm 더 넓지만(67.6mm 대 69.6mm) 높이는 30mm로 동일하게 유지된다.
스카이레이크 마이크로아키텍처를 위해 인텔은 DDR3 또는 DDR4 칩을 모두 장착할 수 있는 UniDIMM이라는 SO-DIMM 패키지를 설계했다. 동시에 스카이레이크 CPU의 통합 메모리 컨트롤러(IMC)는 두 유형의 메모리 모두에서 작동할 수 있다고 발표되었다. UniDIMM의 목적은 가격과 가용성으로 인해 RAM 유형을 전환하기 꺼려질 수 있는 DDR3에서 DDR4로의 시장 전환을 돕는 것이다. UniDIMM은 일반 DDR4 SO-DIMM과 치수 및 핀 수가 동일하지만, 호환되지 않는 DDR4 SO-DIMM 소켓에 잘못 사용하는 것을 방지하기 위해 에지 커넥터의 노치 위치가 다르게 배치되어 있다.
| 표준 명칭 |
메모리 클럭 (MHz) |
I/O 버스 클럭 (MHz) |
데이터 속도 (MT/s) |
모듈 이름 |
최대 전송 속도 (GB/s) |
타이밍 CL-tRCD-tRP |
CAS 레이턴시 (ns) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| DDR4-1600J* DDR4-1600K DDR4-1600L | 200 | 800 | 1600 | PC4-12800 | 12.8 | 10-10-10 11-11-11 12-12-12 | 12.5 13.75 15 |
| DDR4-1866L* DDR4-1866M DDR4-1866N | 233.33 | 933.33 | 1866.67 | PC4-14900 | 14.9333 | 12-12-12 13-13-13 14-14-14 | 12.857 13.929 15 |
| DDR4-2133N* DDR4-2133P DDR4-2133R | 266.67 | 1066.67 | 2133.33 | PC4-17000 | 17.06667 | 14-14-14 15-15-15 16-16-16 | 13.125 14.063 15 |
| DDR4-2400P* DDR4-2400R DDR4-2400T DDR4-2400U | 300 | 1200 | 2400 | PC4-19200 | 19.2 | 15-15-15 16-16-16 17-17-17 18-18-18 | 12.5 13.32 14.16 15 |
| DDR4-2666T DDR4-2666U DDR4-2666V DDR4-2666W | 333.33 | 1333.33 | 2666.67 | PC4-21300 | 21.3333 | 17-17-17 18-18-18 19-19-19 20-20-20 | 12.75 13.50 14.25 15 |
| DDR4-2933V DDR4-2933W DDR4-2933Y DDR4-2933AA | 366.67 | 1466.67 | 2933.33 | PC4-23466 | 23.46667 | 19-19-19 20-20-20 21-21-21 22-22-22 | 12.96 13.64 14.32 15 |
| DDR4-3200W DDR4-3200AA DDR4-3200AC | 400 | 1600 | 3200 | PC4-25600 | 25.6 | 20-20-20 22-22-22 24-24-24 | 12.5 13.75 15 |
DDR4-xxxx는 비트당 데이터 전송 속도를 나타내며 일반적으로 DDR 칩을 설명하는 데 사용된다. PC4-xxxxx는 초당 메가바이트 단위의 전체 전송 속도를 나타내며 모듈(조립된 DIMM)에만 적용된다. DDR4 메모리 모듈은 8바이트(64 데이터 비트) 너비의 버스에서 데이터를 전송하므로 모듈의 최대 전송 속도는 초당 전송 횟수에 8을 곱하여 계산된다.
2016년 인텔 개발자 포럼에서 DDR5 SDRAM의 미래가 논의되었다. 사양은 2016년 말에 확정되었지만 2020년 이전에는 모듈을 사용할 수 없었다. DDR4를 대체하려는 목적의 다른 메모리 기술, 즉 버전 3 및 4의 고대역 메모리(HBM)도 제안되었다.
2011년 JEDEC은 동일한 패키지 내의 CPU 바로 위에 적층된 메모리 다이를 배치하는 Wide I/O 2 표준을 도입했다. 이 구성은 넓은 인터페이스와 짧은 신호 길이 덕분에 DDR4 SDRAM에 비해 더 높은 대역폭과 향상된 전력 효율성을 제공한다. Wide I/O 2는 스마트폰과 같은 고성능 임베디드 및 모바일 장치에 사용되는 다양한 모바일 DDR SDRAM 표준을 대체하는 것을 목표로 한다.
이와 병행하여 하이닉스는 JEDEC JESD235로 표준화된 고대역 메모리 (HBM)를 개발했다. Wide I/O 2와 HBM은 모두 DDR4의 64비트에 비해 Wide I/O 2의 경우 최대 512비트로 매우 넓은 병렬 메모리 인터페이스를 활용하지만, DDR4보다는 낮은 주파수에서 작동한다. Wide I/O 2는 고성능 소형 장치를 위해 설계되었으며 종종 프로세서 또는 시스템 온 칩(SoC) 패키지에 통합된다. 반면 HBM은 그래픽 메모리 및 일반 컴퓨팅을 목표로 하며, 하이브리드 메모리 큐브(HMC)는 하이엔드 서버 및 기업용 응용 프로그램을 겨냥한다.
마이크론 테크놀로지의 하이브리드 메모리 큐브 (HMC) 적층 메모리는 직렬 인터페이스를 사용한다. 많은 다른 컴퓨터 버스들이 병렬 버스를 직렬 버스로 교체하는 방향으로 이동해 왔다. 예를 들어 병렬 ATA를 대체하는 직렬 ATA, PCI를 대체하는 PCI 익스프레스, 병렬 포트를 대체하는 직렬 포트 등이 있다. 일반적으로 직렬 버스는 확장이 더 쉽고 배선/트레이스가 적어 이를 사용하는 회로 기판 설계가 더 쉽다.
장기적으로 전문가들은 PCM (상변화 메모리), RRAM (저항성 랜덤 액세스 메모리) 또는 MRAM (자기 저항 랜덤 액세스 메모리)과 같은 비휘발성 RAM 유형이 DDR4 SDRAM과 그 후속 제품을 대체할 수 있다고 추측한다.
GDDR5 SGRAM은 DDR4 이전에 도입된 DDR3 SDRAM 기반의 그래픽용 동기 그래픽 RAM 유형이며 DDR4의 후속 제품이 아니다.
Initial investigations have already started on memory technology beyond DDR3. JEDEC always has about three generations of memory in various stages of the standardization process: current generation, next generation, and future.
DDR3 memory launched in June 2007
The JEDEC standardisation committee cited similar figures around one year ago