1-LPDDR是什么？及LPDDR的演進

LPDDR推出的背景

當新的軟件系統和應用程序變得足夠大時，它們需要創造出針對其特定需求定制的新內存技術。

?例如，用于圖形的 GDDR，用于人工智能 / 機器學習應用的 HBM。

?低功耗雙倍數據速率（LPDDR）作為一種專門為移動設備（如智能手機和平板電腦）設計的內存出現。

?LPDDR 的發展主要是由移動設備對更高性能和更低功耗的需求所驅動。

?每一代新的 LPDDR 都提供了移動用戶體驗從社交媒體和游戲到 4K 乃至現在的 8K 視頻的重大轉變所需的性能。

LPDDR（Low Power Double Data Rate SDRAM），即低功耗雙倍速率動態隨機存取存儲器，屬于 DDR SDRAM 的一種類型。它是由 JEDEC 固態技術協會專門針對低功耗內存所制定的通信標準，以低功耗特性著稱，主要面向移動端電子產品。與 DDR 相比，LPDDR 最為顯著的特點便是功耗更低。

LPDDR 可分為 MDDR、LPDDR2、LPDDR3、LPDDR4、LPDDR4X、LPDDR5 和 LPDDR5X 等不同類型。與 DDR 類似，其數據處理速度和節能性會隨著代數的增加而逐步提高。 LPDDR2： 2010 年 12 月，JEDEC 固態技術協會正式發布了第二代低功耗內存技術 LPDDR2 的標準規范。該標準規范旨在為移動產品實現更高的內存性能、更低的功耗以及與 SDRAMNVM 接口的兼容性。其接口電壓為 1.2V，工作頻率范圍在 100MHz 至 533MHz 之間。 LPDDR3： 2012 年 5 月，JEDEC 固態技術協會正式發布了第三代低功耗內存技術 LPDDR3 的標準規范。 LPDDR3 的標準規范能夠提供更高的數據速率、改進的帶寬和電源效率，以及更高的內存密度。LPDDR3 支持 PoP 堆疊封裝和獨立封裝，以滿足不同類型移動設備的需求。 LPDDR3 重點引入了多項新技術并增加了新功能，實現了 1600Mbps 的數據速率，其中包括 Write-Leveling and CA Training（寫入均衡與指令地址調馴）、On Die Termination（片內終結器/ODT）和 Low I/O capacitance。 Write-Leveling and CA Training（寫入均衡與指令地址調馴）：可使內存控制器補償信號偏差，確保內存在以業內最快輸入總線速度運行的同時，維持數據輸入設定、指令與地址輸入時序均滿足要求。 On Die Termination（片內終結器/ODT）：屬于可選技術，為 LPDDR3 數據平面增加一個輕量級終結器，以改進高速信號傳輸，并盡可能降低對功耗、系統操作和針腳計數的影響。 LPDDR4： 由于輸入/輸出接口數據傳輸速度最高可達 3200Mbps，是通常使用的 DDR3 DRAM 的兩倍。8Gb LPDDR4 內存能夠支持超高清影像的拍攝和播放，并能持續拍攝 2000 萬像素的高清照片。 與 LPDDR3 內存芯片相比，LPDDR4 的運行電壓降為 1.1 伏，堪稱適用于大屏幕智能手機和平板電腦、高性能網絡系統的最低功耗存儲解決方案。以 2GB 內存封裝為例，基于 8Gb LPDDR4 芯片的 2GB 內存封裝相較于基于 4Gb LPDDR3 芯片的 2GB 內存封裝，因運行電壓的降低和處理速度的提升，最大可節省 40%的耗電量。若輸入/輸出信號傳輸采用低電壓擺幅終端邏輯（LVSTL, Low Voltage Swing Terminated Logic），不僅能進一步降低 LPDDR4 芯片的耗電量，還能使芯片在低電壓下進行高頻率運轉，實現電源使用效率的最優化。 LPDDR4X： LPDDR4X 并非 LPDDR4 的下一代版本內存，可將其看作是 LPDDR4 的省電優化版本。與 LPDDR4 相比，LPDDR4X 優化了內存的功耗，將 I/O 電壓降低了 50%（從 1.12V 降至 0.61V），同時提高了內存速度。在大容量的加持下，其在存儲速度上更具優勢，在運行超大游戲或是錄制 4K 視頻時作用非常明顯，具有功耗更低、運行更快且更省電的特點。

The LPDDR Journey up to LPDDR4/4x

2-LPDDR5/5X的介紹

2019年2月20日，JEDEC(固態存儲協會)正式發布了JESD209-5，即Low Power Double Data Rate 5 (LPDDR5)全新低功耗內存標準。

相較于2014年發布的第一代LPDDR4標準，LPDDR5的I/O速度從3200Mbps翻番提升到6400Mbps，與LPDDR4X的4266Mbps相比也快了近30%。

如果匹配高端智能機常見的64bit bus，每秒可以傳送51.2GB數據;要是PC的128bit BUS，每秒破100GB無壓力。

固態協會認為，LPDDR5有望對下一代便攜電子設備(手機、平板)的性能產生巨大提升，為了實現這一改進，標準對LPDDR5體系結構進行了重新設計，轉向最高16 Banks可編程和多時鐘體系結構。

優質低功耗 DRAM LPDDR5X 擁有比上一代快 1.3 倍的速度和高出 20% 的效能，它正超越移動領域，引領低功耗 DRAM 開拓遠景市場以全新方式為高性能 PC、服務器和車輛賦能。

優質節能

三星LPDDR5X依托先進的 14 納米工藝技術和創新的電路設計，讓這款功能強大的存儲器成為現實。LPDDR5X 以動態電壓和頻率縮放 (DVFS)* 技術加持，在性能突飛猛進的同時，耗電量也降低了近 20%。讓智能手機、筆記本電腦等移動設備獲得更長的續航時間，降低了數據中心服務器的總體擁有成本 (CTO)，并減少了整個生命周期的碳排放。

*DVFS 是指對計算設備處理器、控制器芯片和外圍設備的電壓設置進行調整，以優化任務的資源分配，在不需要相關資源時盡量節省電力。

LPDDR5X 擁有 64GB 驚人容量，不僅能為智能手機和筆記本電腦提供高性能存儲器，還可助力高速運轉的 PC 和要求極為苛刻的服務器。

此外，LPDDR5X 存儲器已通過 AEC-Q100* 認證，它在各種環境下均性能穩定，即便面對極端溫度也是如此，使其成為高應力汽車環境下較為理想的存儲器解決方案。

LPDDR5X: Delivering High Bandwidth and Power Efficiency

LPDDR5/5X: Key Features

? Fifth-generation LPDDR is focused on improving performance, power and flexibility

? LPDDR5 can be combined with an optional extension, LPDDR5X

? LPDDR5/LPDDR5X taken together offer data rates up to 8.533 Gb/s, significantly boosting speed and performance (up from 4.266 Gbps in Gen 4)

? Given the space considerations of mobile combined with greater memory needs for advanced applications, LPDDR5X can achieve capacities of up to 64GB by using multiple DRAM in a multi-die package

Where is LPDDR5/5X Used?

With low power consumption and high bandwidth capabilities, LPDDR5X is a great choice of memory for applications where power efficiency and compact form factor are crucial considerations

LPDDR5 Controller Features

? Supports all standard LPDDR5/5x features

? All speed grades up to 8.5 Gbps/pin

? All densities up to and including 32 Gb/channel

? All bank and per bank refresh and Refresh Management support

? Power-Down mode supported

? Supports x16 or x8 modes

? Controller available in two different configurations

? Dual-controller configuration; Single-controller configuration

? Full-rate operation: 1066 MHz Memory controller clock for 8.5 Gbps/pin operation

? Multi-channel operation supported with multiple controller instances

? Utilize bank management, look-ahead and reordering to maximize performance

? Full featured memory test support

? In-Line ECC and ECC scrubber supported

? Optional Add-On Cores: AXI, Multi-Port, In-Line ECC, Memory Test (offers comprehensive Memory Subsystem test support), etc.

Summary

? The evolution of LPDDR has been driven primarily by the need for higher performance and lower power consumption in mobile devices

? With low power consumption and high bandwidth capabilities, the memory technology is no longer only for mobiles!

? LPDDR5/5X is a great choice of memory for applications where power efficiency and compact form factor are crucial considerations

審核編輯 黃宇