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旗艦手機都在用的LPDDR5是什么,能為消費者帶來什么價值?

荷葉塘 ? 來源:電子發燒友 ? 作者:程文智 ? 2020-06-05 09:55 ? 次閱讀

除了5G和常規的處理器升級,2020年的旗艦手機還在宣傳的亮點技術有LPDDR5、UFS3.0、WiFi6和高刷新頻率屏幕。到目前為止,使用了LPDDR5的手機有小米10、iQOO3、黑鯊游戲手機3、魅族17 Pro、realme X50 Pro、三星Galaxy S20系列手機等等。

為什么這些手機廠商都不約而同地在其高端手機產品中選擇了LPDDR5呢?LPDDR5到底是什么?它能夠給消費者帶來什么好處呢?今天我們就來聊一聊。

什么是LPDDR5?

在2月初,小米10發布之前,小米的雷軍、盧偉冰和常程就開始在微博給廣大消費者科普了,在他們的轉發和科普下,LPDDR5迅速成為了熱詞。

說句老實話,小編之前挑手機重點關注的只有處理器、內存大小,存儲容量、屏幕尺寸等參數,對于LPDDR用的是第幾代的問題基本上是忽略的。

在他們的科普下,讓我覺得普通消費者了解一下LPDDR5的知識也是很有必要的。


圖:雷軍在小米10發布會上科普LPDDR5性能。


其實,LPDDR的英文全稱是Low Power Double Data Rate SDRAM(低功耗雙倍數據速率同步動態隨機存取存儲器),是DDR SDRAM的一種,也有人稱之為mDDR (Mobile DDR SDRAM),這是美國JEDEC固態技術協會(JEDEC Solid State Technology Association)面向低功耗內存而制定的一項通信標準。

從協議規范中就可以看到,低功耗、小體積是此類產品的突出特征。得益于目前芯片技術的發展,LPDDR廣泛的應用于移動電子產品。LPDDR5是去年2月份才推出的最新標準。

LPDDR5新標準相對于LPDDR4來說,主要有三方面的提升:速率提升、功耗下降以及容量增大。


圖:LPDDR5與LPDDR4性能對比。(來源:新思科技Synopsys)


根據LPDDR5 標準,LPDDR5的最高速率是6400Mbps,是LPDDR4的兩倍,比LPDDR4X的4266Mbps快了50%。

由于LPDDR5內部有三組電壓,VDD1/VDD2/VDDQ,其中VDD2又分為VDD2H和VDD2L,相比LPDDR4X,LPDDR5的VDD2H由1.1V降至1.05V,VDDQ由0.6V降至0.5V,另外還有新加入的DVFSC和DVFSQ功能,可在低速工作時切換至更低的0.9V和0.3V電壓,因此,LPDDR5的功耗會更低。

在器件容量方面,LPDDR5每通道最大可以做到32Gb[DZ1][XX2],而LPDDR4是每通道最大容量是16Gb。

LPDDR5與DDR5的關系


JEDEC固態技術協會在一開始其實是定義并開發了三種DDR標準,即標準DDR、移動DDR和圖形DDR。

其中標準DDR有兩種形態,一種是DIMM(雙列直插式存儲模塊),一種是將DDR放在PCB上的形態;

移動DDR,即LPDDR,有兩種方式,適用于移動應用的PoP封裝,以及直接放在PCB上的方式;

圖形DDR,如果是GDDR,主要還是以分立器件直接放在PCB上方式,但HBM,由于它是高數據帶寬,數據總線位寬的一種解決方案,目前主要是采用更高級的TSV和中介層進行連接。


圖:DDR的分類。(來源:新思科技Synopsys)


至于應用領域,因為標準DDR具有更高的容量,因此,可以應用在服務器、云計算、數據中心、臺式機、筆記本電腦,以及一些消費應用和智能家居應用中。

LPPDR主要的特點是高性能和低功耗,主要應用在手機等移動設備上,以及汽車電子中。當然用在汽車市場的LPDDR需要滿足車規級,對溫度有特定要求。

圖形DDR更多是在數據密集型應用,比如圖形卡、AI、高性能計算等應用。


圖:DDR5與LPDDR5發展歷程。(來源:新思科技Synopsys)


為何DDR會從一代一直發展到現在的DDR5/LPDDR5呢?新思科技(Synopsys)資深應用工程師許曉多認為主要是兩大因素的推動,一是性能,由于現在幾乎所有的應用都需要更寬的帶寬和更高的速率來支持;二是功耗,他拿LPDDR舉例說,在2009年時,LPDDR3的VDDQ是1.2V,到2014年的LPDDR4時降低到了1.1V,LPDDR4X更是直接降低到了0.6V,最新的LPDDR5,不僅將VDDQ降低到了0.5V,而且還支持調壓。

他還指出,對DDR來說,隨著更新標準的推出,DDR的容量也在不斷提升。目前LPDDR5標準已經在去年2月份推出了,DDR5的標準預計今年會推出。

LPDDR5可以帶來哪些好處?


LPDDR5帶來的直接好處就是性能更強,功耗更低。根據資料顯示,LPDDR5速率提升了29%~50%;功耗降低了12%~20%,傳輸數據可以達到44GB/s。

眾所周知,內存可是手機內部的功耗大戶,因為只要我們一開機,就需要用到內存。雷軍在小米10發布會上表示,內存對整機的功耗影響達到了5%~10%。因此,如何平衡性能和功耗,是所有廠商在應用LPDDR5之前都想要考慮的問題。

依據去年2月,JEDEC發布的LPDDR5標準,LPDDR5相較于LPDDR4速度提升50%,功耗下降20%。美光宣稱,采用LPDDR5,續航可延長5%~10%。小米實測數據顯示,LPDDR5和LPDDR4X相比,綜合場景中,用戶續航提升約10%,在游戲和通信場景中,省電分別約20%和10%。

普通消費者了解了性能提升和功耗降低,以及容量增加情況,可能已經足夠了。但如果是系統應用工程師的話,則需要了解更多的信息才行。那除了上面提到的幾點,LPDDR5還增加了哪些特性呢?


圖:LPDDR5的關鍵特性。


在許曉多看來,LPDDR5還有以下幾個關鍵的特性:

其中最重要的一個特性是LPDDR5的時鐘架構已經改變了。原來DDR4和LPDDR4的時鐘一定是雙向數據選通(DQS),寫的時候DQS往DRAM里面寫,讀取的時候,DQS回過來進行采樣。但LPDDR5引入了新的WCK時鐘架構,專門用于數據傳輸,它可以以CK的2倍或4倍速率運行,其中2倍CK支持高達3200Mbps的操作,4倍CK支持高達6400Mbps的操作;而且WCK是從主機到設備的單向時鐘,并不是雙向架構。這樣可以簡化SoC中的時序收斂。

決策反饋均衡器(DFE),在DQ/DMI上提供一階動態反饋均衡。

Write X主要是為了低功耗的需要,如果系統想要初始化內存,或者內存想要寫成特定數目的時候,控制器可以不用工作,只需要發一個命令,DRAM就能進行初始化了。不過目前只支持將零寫入內存,未來可能會支持其他數據寫入。

鏈接糾錯碼(ECC),能夠恢復單一位傳輸錯誤。

存儲區模式,其實就是bank group,它引入了一個靈活的地址訪問策略,可以支持靈活的存儲區模式,以使存儲區配置與流量模式相匹配。引入了16bank和8bank。

支持動態電壓和頻率縮放,電壓可以在0.5V和0.3V之間自由切換,同時支持三種不同的操作模式,并具有許多調整的功能。

結語


隨著5G時代的到來,高清視頻、游戲和AI實時運算等應用場景帶來的終端數據量將會成倍地增長,而LPDDR5剛好可以更好地應對這些應用場景,能夠充分保證終端的性能和運行效率。

因此,有業內人士預計,LPDDR5將會成為2020年旗艦手機的標配。從目前各個廠商發布的旗艦手機情況來看,也確實如此,可以預見到2020年下半年,將會有更多的主流5G旗艦手機搭載LPDDR5。

無論設計工程師選擇哪種DDR DRAM技術,都需要在SoC中部署兼容的接口解決方案,以實現與DRAM之間的必要鏈接。而新思科技一直都是DDR DRAM IP核的領先供應商,它可以提供完整的DDR IP生態系統,可提供低風險、高性能、小面積的靈活IP解決方案,幫助客戶進行快速配置,加速SoC整合。

其新的LPDDR5控制器和PHY驗證IP方案可支持高達6400Mbps的數據速率,與前代產品相比,面積縮小了40%。而且還提供了幾種極具短退出延遲的低功耗狀態,并提供了多種預訓練狀態,以實現動態頻率改變功能。

當然,除了這些,新思科技還提供子系統硬化選項、信號完整性/電源完整性分析、驗證模型、原型設計和仿真支持。

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