DDR4 – Double Data Rate 4 SDRAM

Abkürzung: DDR4

DDR4 ist die vierte Generation des DDR-SDRAM. Die Module arbeiten mit 1,2 V Betriebsspannung. Das 288-poliges DIMM passt nicht in DDR3-Steckplätze.

Datenblatt

Was DDR4 von DDR3 unterscheidet

Der Prefetch bleibt bei 8n. Die höhere Datenrate erreicht DDR4 nicht über einen breiteren internen Bus, sondern über Bank Groups: Die Bänke eines Chips sind in Gruppen mit eigenen Datenpfaden organisiert. Zugriffe auf unterschiedliche Gruppen können dichter aufeinander folgen (tCCD_S) als Zugriffe innerhalb einer Gruppe (tCCD_L). Der Speichercontroller muss dafür die Adressen geschickt verteilen; deshalb profitiert DDR4 stärker von Interleaving als DDR3.

Die Betriebsspannung sinkt von 1,5 V (DDR3) bzw. 1,35 V (DDR3L) auf 1,2 V. Die Pumpspannung für die Wortleitungen (VPP) wird nicht mehr auf dem Chip erzeugt, sondern als 2,5 V extern angelegt – ein zusätzlicher Pin, aber weniger Verlustleistung im Die.

Neu sind außerdem:

• Pseudo Open Drain (POD) als I/O-Schnittstelle: Die Datenleitungen werden nur beim Treiben einer 0 mit Strom belastet, was bei hohen Taktraten Leistung spart.
• Data Bus Inversion (DBI): Der Chip invertiert ein Datenbyte, wenn dadurch weniger Leitungen auf 0 liegen, und signalisiert das über eine Zusatzleitung.
• CRC für Schreibdaten und Parität auf dem Command/Address-Bus – vorher nur in Registered-Modulen für Server üblich.
• Internes VrefDQ-Training: Die Referenzspannung für den Datenempfang wird pro Chip kalibriert, statt extern vorgegeben.
• Gear-Down-Modus für Command/Address bei hohen Taktraten.

Modulformate

Das 288-Pin-DIMM ist 133,35 mm breit wie das DDR3-DIMM (240 Pins), die Kontakte liegen aber enger und die Kerbe sitzt an anderer Stelle. Die Kontaktleiste ist leicht gebogen: Die mittleren Kontakte stehen etwas weiter vor, damit beim Einsetzen nicht alle 288 Pins gleichzeitig Kraft brauchen.

Registered- und Load-Reduced-Module laufen nicht auf Desktop-Boards, auch wenn sie mechanisch passen; der Speichercontroller der CPU entscheidet.

Takt, Timings und Übertaktung

Die JEDEC-Profile reichen bis DDR4-3200 mit CL22 (22-22-22). Das SPD-EEPROM auf dem Modul (512 Byte, I²C) enthält diese Profile; XMP 2.0 (Intel) und später AMD-Profile ergänzen im selben EEPROM übertaktete Einstellungen wie DDR4-3200 CL16 oder DDR4-3600 CL18, die das BIOS auf Wunsch lädt. Alles oberhalb von 3200 MT/s ist außerhalb der Norm, wenn auch bei Consumer-Modulen der Normalfall.

Wie bei jeder DDR-Generation steigt mit dem Takt die CAS Latency in Zyklen, während die absolute Latenz in Nanosekunden etwa gleich bleibt: DDR4-2133 CL15 und DDR4-3200 CL22 liegen beide bei rund 14 ns. Die übrigen Timings erklären die Einträge zu tRCD und Dual Channel.

Kompatibilität

• DDR4 passt mechanisch nicht in DDR3- oder DDR5-Steckplätze.
• Welche Generation ein Board nimmt, legt der Speichercontroller der CPU fest. Intel Alder Lake (2021) unterstützt DDR4 und DDR5, aber nie beides auf demselben Board.
• Module unterschiedlicher Geschwindigkeit laufen gemeinsam mit dem langsamsten JEDEC-Profil.
• ECC-UDIMMs funktionieren auf Desktop-Boards nur, wenn Chipsatz und CPU ECC unterstützen; sonst laufen sie ohne Fehlerkorrektur oder gar nicht.

Der Vergleich aller Bauformen und Generationen mit Kerbenpositionen steht im Guide Speicherbauformen.

Normen und Quellen

• JEDEC JESD79-4 – DDR4 SDRAM Standard
• JEDEC JESD21-C – Module Standards (288-Pin DDR4 DIMM Design Specification, 260-Pin SO-DIMM)
• JEDEC Serial Presence Detect (SPD) for DDR4 SDRAM Modules