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[SEMCO]DDR5 도입에 따른 System내 Memory VR용 MLCC 변화

관리자 2022.04.07 10:00 조회 98

Abstract
DDR5부터 Memory Module내 자체 VR을 내장하며, System에서 DIMM Socket으로 연결되는 Power Line이 12V로 변경되었습니다. 

이 때문에 12V용 25V MLCC가 Server, Network장비 Memory Line에 새로 필요하며 삼성전기는 고 신뢰성 CL21X106KAYQNWE(0805i, 10uF, 25V, X6S) MLCC를 지원합니다.

 

DDR5, DDR4 대비 2배 이상 빠른 고속 메모리
PC, Server용 DDR5 Memory가 본격적으로 소개되고, 2014년 DDR4 출시 이후 7년 만에 세대 전환을 앞두고 있습니다. 

System 설계자 입장에서 중요한 부분은 전력효율 향상을 위해 메모리 전압이 1.2V(DDR4) 에서 1.1V(DDR5)로 낮아진 부분입니다. 

당초 Memory용 전압 변환기는 System 내부(Server, Network 등)에 위치하였으나, 전압이 1.1V로 낮아진만큼 Noise에 따른 전압 변화 영향을 최소화해야 합니다. 

따라서 전압 변환기를 최대한 Memory Die에 가깝게 배치하여 Line path를 줄이고자 DDR5부터 Memory Module이 자체 전압 변환기를 내장하게 되었습니다. (Figure1)

 

[Memory Max Speed(Gbps)] DDR3(2007) 1.6, DDR4(2014) 3.2 →200%상승 DDR5(2021) 6.4 / [Memory Voltage(V)] DDR3(2007) 1.5, DDR4(2014) 1.2 → 8%감소 DDR5(2021) 1.1


System(Motherboard)내 12V Power line 대응 필요
기존에는 Memory용 전압 변환기가 System(Motherboard) 내부에 위치, PSU에서 나온 12V를 1.2V로 전환 후 DIMM Socket으로 전달하였으나, DDR5부터는 12V Power가 DIMM Socket으로 직접 연결됩니다. 

이후 Memory Module에 내장된 전압 변환기가 12V를 1.1V로 전환해 DRAM Die에 공급합니다. System에서 Memory용 전압 변환기가 없어짐에 따라 System 설계가 간결해지는 장점이 있지만, 

반대로 Memory Module은 PMIC, Power Inductor가 새로 채용되고 MLCC 수량이 늘어나는 등 부품 수가 증가합니다.


Server, Network 등 System 설계자 입장에서는 DIMM Socket으로 연결되는 Power Line전압이 12V로 높아짐에 따라 이에 대응하기 위한 25V MLCC가 새로 필요하며, 

이 제품들은 DIMM Socket에 최대한 가까이 배치해야 하기 때문에 소형 제품이 유리합니다. 

 

[DDR4 Based-System], 110~220V AC, PSU - 12V - VR - 1.xV - CPU / PSU - 12V - VR - 1.2V - 4V MLCC - Long Line path 1.2V, [DDR5 Based-System] 110~220V AC, PSU - 12V - VR - 1.xV - CPU / PSU - 12V - 25V MLCC (12V power) - 12V - VR - Short Line path(1.1V), Figure2. DDR4 Based-system vs DDR5 Based-system

 

Memory Module 발열 문제
MLCC 선정에 한 가지 고려해야 할 변수가 추가되었는데, 바로 온도입니다. 원래 System에서 Memory Module이 위치한 영역은 온도가 높지 않은 Cool Zone으로 분류되었으나, DDR5부터 PMIC가 Memory Module 내 추가됨에 따라 PMIC에 따른 발열 영향으로 Heat Zone으로 바뀌었습니다. 또한 DIMM 개수가 지속적으로 증가함에 따라 집적도가 높아지고, 온도가 계속 오르고 있습니다.

 

Figure4. DDR5 memory module layout

이로 인해, 105℃를 지원하는 X6S MLCC가 필요합니다.

 

삼성전기 0805i, 10uF, 25V, X6S Solution (CL21X106KAYQNWE)
결과적으로 System에서 DIMM Socket으로 연결되는 Power line이 12V으로 변경되고, DDR5 Module에 PMIC가 내장되며 온도가 증가해 고온 특성의 MLCC가 필요해졌습니다. 

삼성전기는 0805i, 10uF, 25V, X6S (CL21X106KAYQNWE)를 양산하고 있으며, 기존 제품보다 향상된 신뢰성을 지원합니다. 

Datasheet는 삼성전기 홈페이지에서 다운로드 할 수 있으며 Digi-Key, Mouser Electronics 등을 통해 샘플 구매가 가능합니다.

 

[DC-Bias Graph], Figure5. CL21X106KAYQNWE DC-Bias, [Reliability Condition] General, High Reliability*, Biased Humidity 40℃ 95%RH, 65℃ 90%RH / High Temp. Load Test Max Temp. 1.0Vr, 1000hr, Max Temp, 1.5Vr, 1000hr, Figure6. CL21X106KAYQNWE reliability spec.

Datasheet Download   Buy at DigiKey   Buy at Mouser Electronics
 

삼성전기 0805i, 22uF, 25V, X5R Solution (CL21A226MAYNNWE)
System 특성상 X5R로도 충분한 경우 동일 Size에서 더 높은 용량인 22uF 제품도 지원하고 있습니다. ※ 0805i, 22uF, 25V, X5R (CL21A226MAYNNWE) 


[출처]삼성전기 홈페이지