更低功耗、更高帶寬！LPDDR內(nèi)存的過去和現(xiàn)在

李實(shí)

內(nèi)存芯片的重要性在今天愈發(fā)凸顯，無論是PC還是手機(jī)、平板還是游戲主機(jī)，都無處不閃現(xiàn)著內(nèi)存芯片的身影。不過，不同產(chǎn)品使用的內(nèi)存往往存在一差異。除了我們常見的DDR、GDDR外，在移動(dòng)設(shè)備上還存在著一種專用的低功耗內(nèi)存，那就是LPDD。今天，本文就和你一起走近LPDDR內(nèi)存，探尋這種專門面向低功耗市場的內(nèi)存的過去、現(xiàn)在和未來。

LPDDR是目前廣泛使用在移動(dòng)設(shè)備和低功耗設(shè)備上的內(nèi)存產(chǎn)品。LPDDR的全稱是Low-Power DDRSDRAM，中文名稱是低功耗雙倍數(shù)據(jù)速率同步動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲器。在一些文章中，LPDDR也被稱為mDDR也就是移動(dòng)DDR，“m”的意思是“mobile”，這是針對其應(yīng)用市場所提出的名稱。相比常見的DDR內(nèi)存，LPDDR的特點(diǎn)是“LP”，也就是低功耗。因此它被廣泛使用在包括手機(jī)、平板電腦、低功耗設(shè)備等對功耗比較敏感的場合。除了功耗外，LPDDR相比DDR，還在芯片面積、位寬、電壓、頻率、預(yù)取值、總線設(shè)置等方面作出了一系列的適應(yīng)性改善，以便更符合低功耗設(shè)備的應(yīng)用需求。

回望歷史：LPDDR從第一代到第三代

從初代LPDDR算起的話，LPDDR產(chǎn)品發(fā)展到今天，經(jīng)歷了LPDDR、LPDDR2、LPDDR3、LPDDR4、LPDDR4X以及LPDDR5等多代次。其中，真正的巨變發(fā)生在LPDDR4時(shí)代，也正是從這個(gè)世代開始，LPDDR開始和DDR逐漸分道揚(yáng)鑣，走上了獨(dú)立發(fā)展的道路。

LPDDR：脫胎于DDR，面向功耗敏感市場

在移動(dòng)計(jì)算設(shè)備剛興起的時(shí)候，人們意識到用于桌面的DDR內(nèi)存在移動(dòng)設(shè)備上使用時(shí)存在很多問題，包括過大的芯片面積，較高的電壓導(dǎo)致較高的功耗等。因此，三星、美光、英特爾、英偉達(dá)等廠商聯(lián)合起來推出了一種新的內(nèi)存技術(shù)規(guī)范，這種內(nèi)存電壓更低，僅為1.8V，相比之下DDR內(nèi)存的電壓高達(dá)2.5V。此外，這種新的內(nèi)存技術(shù)規(guī)范的面積相對更小一些，更適合在“寸土寸金”的移動(dòng)設(shè)備內(nèi)部使用。技術(shù)方面，考慮到移動(dòng)設(shè)備對能耗的敏感程度，因此新的產(chǎn)品加入了一些節(jié)能特性，比如深度睡眠模式（DeepPower Down Mode，用于休眠狀態(tài)大幅度降低功耗），可配置的自刷新以及溫度補(bǔ)償自刷新（減少刷新次數(shù)從而降低功耗）等，使得新產(chǎn)品在功耗上相對DDR有比較大幅度的下降。此外，數(shù)據(jù)位寬方面，傳統(tǒng)的DDR的數(shù)據(jù)位寬是64bit，而考慮到當(dāng)時(shí)移動(dòng)設(shè)備的計(jì)算能力較弱，過大的數(shù)據(jù)總線帶寬沒有意義且占據(jù)太多的布線面積，因此這種新的存儲產(chǎn)品將10界面的位寬縮減至32bit（廠商可以根據(jù)需要配置16bit甚至8bit使用），這也在很大程度上降低了產(chǎn)品的功耗。

在擁有了新的低電壓、小尺寸和新的節(jié)能技術(shù)加持后，為了和傳統(tǒng)的DDR區(qū)分開來，這種新的存儲顆粒被人們稱之為LPDDR或者mDDR。不過，LPDDR在早期并沒有統(tǒng)一的規(guī)范，首批使用LPDDR內(nèi)存的移動(dòng)產(chǎn)品包括大名鼎鼎的iPhone3系列手機(jī)、三星Galaxy系列手機(jī)和平板電腦等。

在產(chǎn)品型號方面，初代LPDDR包含了LPDDR 400和LPDDR 533（后者也被稱為LPDDRe，e是“enhance”也就是“增強(qiáng)”的意思）兩種產(chǎn)品，由于基本規(guī)范脫胎于DDR，LPDDR的預(yù)取值也是2n，內(nèi)部時(shí)鐘頻率為200MHz-266MHz，10頻率同為200MHz-266MHz，數(shù)據(jù)傳輸速率為400MT/s-533MT/s，在32bit線下的數(shù)據(jù)帶寬可達(dá)1.6GB/s-2.1GB/s，也能完全滿足當(dāng)時(shí)移動(dòng)設(shè)備對帶寬的需求。

新的LPDDR帶來了一個(gè)全新的市場，并且這個(gè)市場獲得了快速發(fā)展。為了規(guī)范產(chǎn)品和市場行為，JEDEC也在2008年底推出了針對LPDDR的規(guī)范JESD209B。在此之后，LPDDR被JEDEC納入標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一管理中，從而成為業(yè)界的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。

LPDDR2：嶄露頭角，拓展規(guī)格

LPDDR的成功不是沒有原因的，移動(dòng)計(jì)算時(shí)代的大潮洶涌而來。在這種情況下，JEDEC也加緊努力，“規(guī)范走在產(chǎn)品前”的思想開始指導(dǎo)LPDDR2的發(fā)展。JEDEC在2009年4月就推出了全新的LPDDR2規(guī)范JESD209-2F。新的規(guī)范擴(kuò)大了LPDDR2的產(chǎn)品范圍，將非易失性內(nèi)存納入其中，并且還帶來了更高的內(nèi)存密度、更好的性能、更進(jìn)一步縮小的封裝尺寸以及大量降低功耗的技術(shù)。

根據(jù)規(guī)范內(nèi)容，LPDDR2實(shí)際上分為LPDDR2-S2、LPDDR2-S4以及LPDDR2-N三種產(chǎn)品。其中前兩種都是傳統(tǒng)的易失性存儲設(shè)備，最后一種LPDDR2-N是非易失性存儲設(shè)備，這種存儲芯片往往會被使用在特殊場合，比如一些執(zhí)行單一功能，任務(wù)量和計(jì)算量都比較小的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備、工業(yè)設(shè)備中，比如智能電表、工業(yè)計(jì)算機(jī)等。對一般用戶來說，重點(diǎn)還是易失性存儲器。

對于LPDDR2-S2、LPDDR2-S4而言，其最大的差別在于前者使用2n預(yù)取，后者使用4n預(yù)取。其中前者在市場上并不多見，主要用于和LPDDR過渡的一些場合，后者才是LPDDR2的主力軍。相比之前的LPDDR，LPDDR2的電壓再度大幅度降低至1.2V，節(jié)能效果更為出色。另外，所有LPDDR2器件都在命令，地址（CA）總線上使用DDR架構(gòu)，并采用了lObit位寬（前代LPDDR采用的19bit SDR總線，一次只能在單一方向傳輸數(shù)據(jù)），這條總線包含了命令、地址和存儲區(qū)，行緩沖區(qū)信息，這樣設(shè)計(jì)使得內(nèi)部總線復(fù)雜性降低并帶來了一些能耗的減少。在特色功能方面，LPDDR2帶來了新的低電平操作，使得LPDDR2芯片可以根據(jù)情況進(jìn)入活動(dòng)、空閑、自刷新或者深度睡眠狀態(tài)，LPDDR2能結(jié)合實(shí)際情況選擇它的運(yùn)行狀態(tài)，更有利于節(jié)約功耗。

在產(chǎn)品型號方面，LPDDR2帶來了LPDDR2 800和LPDDR2 1066（后者被稱為LPDDR2e）兩種規(guī)格，當(dāng)然，這個(gè)數(shù)據(jù)是針對LPDDR2-S4而言。因?yàn)轭A(yù)取值提升至4n，所以LPDDR2 800和LPDDR2 1066的實(shí)際內(nèi)部時(shí)鐘頻率、10頻率等相比之前的LPDDR都沒有變化，均運(yùn)行在200MHz和266MHz的頻率上。相應(yīng)地，LPDDR2的數(shù)據(jù)傳輸速率就提升至800M T/s和1066M T/s，在32bit（可選16bit方案，帶寬減半）下的帶寬也提升至3.2GB/s和4.2G B/s，相比上代LPDDR翻倍。

LPDDR2的壽命周期比較長。從2009年提出規(guī)范開始，直到2012年5月，替代LPDDR2的LPDDR3規(guī)范才開始提出?？紤]到規(guī)范發(fā)布后一般半年后才有產(chǎn)品推出，LPDDR2的真正產(chǎn)品壽命周期差不多大約接近4年。

LPDDR3：全面改善，提高速度

201 2年5月，JEDEC發(fā)布了LPDDR3規(guī)范，白皮書代碼是JESD209-3。相比之前的LPDDR2，LPDDR3將改善的重點(diǎn)放在了數(shù)據(jù)傳輸速率和帶寬方面，同時(shí)在保留LPDDR2功耗控制功能的情況下還做出了一些優(yōu)化。另外，在封裝方面，LPDDR3開始支持POP封裝或者離散型封裝，其中前者非常重要，POP堆疊類型的封裝為進(jìn)一步減小移動(dòng)設(shè)備內(nèi)部的面積打下了基礎(chǔ)。

LPDDR3出現(xiàn)的背景是移動(dòng)計(jì)算設(shè)備使用的SoC性能提升速度較快，在LPDDR2難以滿足的情況下需要新的規(guī)格來加強(qiáng)數(shù)據(jù)傳輸帶寬。因此LPDDR3將數(shù)據(jù)預(yù)取值翻倍至8n，可以在和LPDDR27相同的內(nèi)部時(shí)鐘頻率的情況下使得數(shù)據(jù)傳輸帶寬翻倍。值得一提的是，LPDDR3規(guī)格中并不包含針對非易失性存儲設(shè)備的規(guī)格，考慮到這類設(shè)備多用于工業(yè)或者物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品，在當(dāng)時(shí)也的確沒有太強(qiáng)的性能需求。

LPDDR3首先推出的標(biāo)準(zhǔn)是LPDDR3 1600，DRAM的內(nèi)部時(shí)鐘頻率為200MHz，但是8n預(yù)取的設(shè)計(jì)使其數(shù)據(jù)傳輸速率高達(dá)1600MT/s，在32bit配置下（可選16bit方案，帶寬減半）帶寬可達(dá)6.4GB/s，基本和同期桌面DDR產(chǎn)品在可比條件下相當(dāng)。另外，LPDDR3后期還推出了增強(qiáng)版的LPDDR3e，內(nèi)部時(shí)鐘頻率提升至266MHz，數(shù)據(jù)傳輸速率高達(dá)2133MT/s，帶寬也在32bit配置下（可選16bit方案，帶寬減半）提升至8.5GB/s，基本達(dá)到了之前LPDDR2的2倍以上。LPDDR3搭配的產(chǎn)品非常多，包括著名的蘋果iPhone 5s、Macbook Air、三星Nexus 10以及微軟的Surface Pr03。后期高通推出的驍龍800和驍龍600也都提供了對LPDDR3的支持。

雖然LPDDR3的速率更高，但是其在架構(gòu)設(shè)計(jì)上還是延續(xù)了之前LPDDR2的那一套?？紤]到移動(dòng)計(jì)算發(fā)展速度越來越快，內(nèi)存也需要加入更多的特性，尤其是針對移動(dòng)設(shè)備進(jìn)行一些改變，因此在LPDDR3發(fā)布之前的2012年3月，JDEDC就召開會議討論下一代LPDDR內(nèi)存的發(fā)展，三星等廠商在2012年1 2月30日就推出了新一代LPDDR產(chǎn)品的樣品，其速度高達(dá)3200MT/s，并且在能耗方面有更出色的表現(xiàn)。隨后，在經(jīng)過長達(dá)一年多的協(xié)調(diào)和技術(shù)驗(yàn)證后，LPDDR4規(guī)范在2014年8月正式發(fā)布，LPDDR3時(shí)代宣告落幕，LPDDR進(jìn)入了全新發(fā)展周期。

LPDDR4：全新架構(gòu)，為移動(dòng)計(jì)算打牢基礎(chǔ)

夸張一點(diǎn)來說的話，LPDDR3和之前的LPDDR產(chǎn)品都可以看作桌面DDR內(nèi)存的變種，只是加入了諸如節(jié)能、降耗、縮小面積等特性來滿足移動(dòng)設(shè)備的需求。而隨著移動(dòng)計(jì)算進(jìn)一步發(fā)展，LPDDR3這樣繼續(xù)根據(jù)之前的技術(shù)路線改進(jìn)的發(fā)展方式開始無法滿足市場需求了，尤其是在高清視頻、高清攝影等功能逐漸成熟后，移動(dòng)設(shè)備對內(nèi)存帶寬提出了極高的要求，這是之前LPDDR3以及其相關(guān)架構(gòu)難以做到的。因此，JEDEC需要一種全新架構(gòu)的產(chǎn)品來滿足移動(dòng)計(jì)算的需求并繼續(xù)在能耗和帶寬方面進(jìn)行平衡。

這就是LPDDR4。新的規(guī)范在2014年8月發(fā)布，其實(shí)際產(chǎn)品早在2012年底就出現(xiàn)在各種演示上了。相比LPDDR3，LPDDR4帶來了幾大改進(jìn)。首先是工作最低電壓從之前的1.2v進(jìn)一步降低至l.lv，不斷降低電壓帶來了能耗減少。其次，LPDDR4改用了16n預(yù)取值，通過預(yù)取值翻倍，LPDDR4可以在不繼續(xù)提升內(nèi)部時(shí)鐘頻率的情況下提高帶寬。第三，LPDDR4的內(nèi)部總線從之前的32bit改為2個(gè)16bit，總帶寬依舊是32bit，這樣改進(jìn)使得內(nèi)部數(shù)據(jù)存取效率大幅度提升，并在一定程度上降低了存儲部分的功耗。除了上述三種重要改進(jìn)外，LPDDR4的CA總線從之前的10位DDR命令（繼承自LPDDR2時(shí)代）改為6bit的SDR總線，但是加入了多周期命令功能，由于新的總線只在數(shù)據(jù)傳輸?shù)纳涎鼗蛘呦卵貍鬏斝畔⑶椅粚捀?，能耗更低，其他的一些改進(jìn)還包括通過專用的命令啟動(dòng)自刷新，封裝尺寸進(jìn)一步縮小、數(shù)據(jù)密度提升等。

由于大幅度更新了內(nèi)部架構(gòu)，因此LPDDR4整體效能表現(xiàn)更為出色。業(yè)內(nèi)的例證顯示，和基于4GbLPDDR3的2GB內(nèi)存相比，采用8Gb的LPDDR4顆粒的2GB內(nèi)存在功耗方面降低了40%。在產(chǎn)品方面，LPDDR4帶來了LPDDR4 3200這樣的規(guī)格，其內(nèi)部時(shí)鐘頻率為200MHz，10速度為1600MHz（注意2個(gè)16bit總線），但是數(shù)據(jù)傳輸速率來到了3200MT/s，因此最終在32bit的位寬下，LPDDR4 3200的帶寬達(dá)到了12.8GB/s的水平。

LPDDR4之后，在三星的倡議下，JEDEC又在201 7年3月發(fā)布了JESD209-4-1規(guī)范，確定了新的LPDDR4X。LPDDR4X是LPDDR4的技術(shù)擴(kuò)展版本，和之前的“e”增強(qiáng)版本有所不同的是，LPDDR4X除了在頻率、性能上有所加強(qiáng)外，還帶來了進(jìn)一步的功耗節(jié)省設(shè)計(jì)。在新的規(guī)范中，LPDDR4X IO部分的電壓從l.lv降低至0.6V，數(shù)據(jù)存儲部分的電壓維持不變。

對LPDDR家族的產(chǎn)品來說，其頻率分為兩個(gè)部分，分別是數(shù)據(jù)存儲部分頻率和10頻率。繼續(xù)細(xì)分的話，數(shù)據(jù)存儲部分頻率可以分為內(nèi)部時(shí)鐘頻率和內(nèi)部物理頻率。在本文的描述中，大家可以清楚地看到LPDDR的內(nèi)部時(shí)鐘頻率始終不會超過266MHz，一般只有200MHz和266MHz這2個(gè)規(guī)格。對于內(nèi)部物理頻率而言，考慮DDR帶來的內(nèi)部時(shí)鐘頻率倍數(shù)的話，那么實(shí)際上LPDDR內(nèi)存的數(shù)據(jù)存儲部分一直都在100MHz和133MHz兩個(gè)頻率上運(yùn)行。對內(nèi)存這種產(chǎn)品而言，其頻率并不會太高，較低的頻率有助于確保內(nèi)存在低電壓下運(yùn)行時(shí)的穩(wěn)定性和可靠性，同時(shí)低電壓又帶來了能耗降低。雖然內(nèi)部時(shí)鐘頻率和內(nèi)部物理頻率一直沒有提升，但通過預(yù)取值不斷翻倍又翻倍，比如從2n到4n、8n再到16n-LPDDR4的預(yù)取值是LPDDR的8倍，LPDDR的數(shù)據(jù)傳輸速率一直在提升。比如內(nèi)部時(shí)鐘頻率都為200MHz，LPDDR4 3200的數(shù)據(jù)傳輸速率達(dá)到了3200MT/s，相對應(yīng)的在LPDDR 400上則只有400MT/s。

那么這和10頻率又有什么關(guān)系呢？由于10部分承擔(dān)的是LPDDR內(nèi)存對外的數(shù)據(jù)傳輸，在預(yù)取值提升后，10頻率就不得不進(jìn)一步提升以跟上越來越大的數(shù)據(jù)吞吐量。從LPDDR到LPDDR4，10頻率從200MHz一路提升至1600MHz。高頻率運(yùn)作下的10部分帶來了較高性能的同時(shí)，也產(chǎn)生了比較高的功耗。因此，在LPDDR4X上，三星率先提議將10電壓降低至0.6v，這帶來了總線和IO部分功耗的顯著降低。因此，新的LPDDR4X功耗得以進(jìn)一步降低，性能得到了同步提升。

LPDDR4X還帶來了新的LPDDR4X 4266型號，其內(nèi)部時(shí)鐘頻率提升至266MHz，預(yù)取值還是16n，雙總線方案，數(shù)據(jù)傳輸速率達(dá)到了4266MT/s，在32bit位寬配置下帶寬達(dá)到了17G B/s，進(jìn)一步提高了低功耗設(shè)備在存儲方面的性能。

不過，雖然LPDDR4X在內(nèi)核改進(jìn)方面和LPDDR4相比非常微小，但是LPDDR4X和之前所有代次的LPDDR內(nèi)存一樣，都無法實(shí)現(xiàn)向后兼容，這是因?yàn)長PDDR4較高的電壓會導(dǎo)致LPDDR4X的10部分無法正常工作，不過和桌面內(nèi)存有所不同的是，LPDDR4X這樣的產(chǎn)品主要用于OEM廠商制造使用，用戶幾乎不存在更換的機(jī)會，因此也不會帶來額外的兼容性問題。

由于LPDDR4X帶來了功耗的降低和性能的提高，因此在移動(dòng)設(shè)備中大獲成功，大量高端手機(jī)、平板甚至筆記本電腦都采用LPDDR4X作為內(nèi)存使用，LPDDR內(nèi)存迎來了其發(fā)展的黃金時(shí)刻。

LPDDR5：帶寬翻倍，比拼高端桌面平臺

在LPDDR4X帶來了輝煌后，LPDDR5也開始緊鑼密鼓地準(zhǔn)備了。2019年，JEDEC發(fā)布了JESD209-5規(guī)范，正式帶來了LPDDR5標(biāo)準(zhǔn)。

從架構(gòu)角度來看，LPDDR5保留了LPDDR4時(shí)代使用的16n預(yù)取值，但是加入了在桌面DDR4上使用的區(qū)塊組（ Bank Group）概念。簡單來說，之前的LPDDR內(nèi)存如果內(nèi)部有8個(gè)或者16個(gè)區(qū)塊的話，那么它們是以串行的方式來讀寫的，O號區(qū)塊讀寫完成后再去讀寫1號區(qū)塊、2號區(qū)塊，以此類推。但是在區(qū)塊組概念出現(xiàn)后，一個(gè)內(nèi)存中會根據(jù)情況被劃分為2個(gè)或者4個(gè)或者更多的區(qū)塊組，數(shù)據(jù)并行進(jìn)入每個(gè)區(qū)塊組進(jìn)行讀取操作。這相當(dāng)于在內(nèi)存的內(nèi)部實(shí)現(xiàn)了并行存取。因此LPDDR5才可以在不提高預(yù)取值和頻率的情況下，僅僅依靠區(qū)塊組和10部分的頻率提升來大幅度提升數(shù)據(jù)帶寬。

除了引入?yún)^(qū)塊組的概念外，LPDDR5還帶來了包括新的可擴(kuò)展時(shí)鐘架構(gòu)，解決了CA總線的速度無法跟上數(shù)據(jù)總線速度提升的問題。新的設(shè)計(jì)使得CA總線可以有條件以數(shù)據(jù)總線1/4或者1/2的速度運(yùn)行，這使得CA總線的穩(wěn)定性和可靠性都得到了提升。另外，LPDDR5還加入了決策反饋均衡器（DFE），減少了對

為什么DDR4還比LPDDR4“慢”

本文的介紹凸顯了LPDDR4的優(yōu)勢，那么既然LPDDR這么好，為什么不引入桌面平臺呢？實(shí)際上這個(gè)問題的答案也是明確的。我們以目前主流的LPDDR4和DDR4作為對比解釋—下。

先來看看DDR4內(nèi)存的基本規(guī)格。目前DDR4并沒有采用16n預(yù)取值，而是依舊采用了8n預(yù)取值，但是其實(shí)際運(yùn)行的物理頻率從200MHz起跳，直到更高的400MHz、533MHz等，同時(shí)還加入了區(qū)塊組的概念?？梢哉f，DDR4和LPDDR4在架構(gòu)設(shè)計(jì)上是完全不同的兩個(gè)產(chǎn)物，它們基本上沒有任何技術(shù)上的關(guān)聯(lián)。同時(shí)，DDR4具備了桌面內(nèi)存所有的特性，比如64bit位寬、更大的容量、更高的電壓和相對較低的延遲值。

這樣來看相比LPDDR4，首先要明確的是DDR4內(nèi)存的位寬更大，單條內(nèi)存能夠?qū)崿F(xiàn)的帶寬更高。目前所有主流DDR DIMM內(nèi)存的位寬都是64bit，搭配桌面級別CPU的128bit通道，2根DDR4 4266規(guī)格的內(nèi)存就可以實(shí)現(xiàn)4266MT/sx64bitx2/8=68.3G Bls。相比之下，即使是LPDDR4X 4266這樣的LPDDR4家族的頂級型號，其位寬僅為32bit，單個(gè)LPDDR4X 4266的帶寬數(shù)值是4266MT/sx32bit/8=17GB/s。如果搭配桌面CPU的話，需要4個(gè)內(nèi)存通道才能完全匹配，雖然最終總帶寬也可以達(dá)到和桌面CPU相同的水平，但是更多通道帶來了更復(fù)雜的主板設(shè)計(jì)、內(nèi)存控制器設(shè)計(jì)以及使用上的麻煩，顯然是不合算的。

其次，雖然移動(dòng)平臺的LPDDR通過降低電壓等手段實(shí)現(xiàn)了低功耗，但是世上沒有免費(fèi)的午餐，LPDDR的低功耗也需要付出代價(jià)，那就是較高的延遲值。舉例來說，LPDDR3 2133的延遲值一般在lOOns左右，即使是延遲更高、近似規(guī)格的DDR4內(nèi)存，其延遲值也只有大約70ns，低了一大截，如果選擇DDR3做比較的話，延遲值還會更低。對于這種情況，一篇名為《A Performance&PowerComparison of Modern High-Speed DRAM Architectures》的論文專門作出了研究。在仿真結(jié)果下，以帶寬完全相同的DDR4和LPDDR4作對比的話，DDR4的每周期指令數(shù)要比LPDDR4高6%，延遲值顯著更低。對現(xiàn)代高頻率CPU來說，尤其是桌面CPU頻率接近5GHz的情況下，更高的延遲值將會嚴(yán)重影響CPU的性能發(fā)揮。

因此，一般情況下，同代LPDDR內(nèi)存是要弱于同時(shí)代的DDR內(nèi)存的，其核心原因就是它的帶寬更低、延遲值更高。目前，LPDDR內(nèi)存在PC中的應(yīng)用僅限于超便攜、超輕薄或者對續(xù)航有要求的設(shè)備，也并非以性能作為主要方向。接收數(shù)據(jù)的符號間干擾（ISI），從而提高了接收數(shù)據(jù)的余量。此外，LPDDR5還帶來了包括鏈路ECC校驗(yàn)、增加至3個(gè)FSP等設(shè)計(jì)，這些設(shè)計(jì)都在很大程度上增強(qiáng)了LPDDR5在高數(shù)據(jù)傳輸速率下的穩(wěn)定性。

在功耗和電壓方面，LPDDR5目前支持多組低電壓設(shè)置。在較高的頻率下運(yùn)行時(shí)，LPDDR5支持1.05V的核心電壓和0.5v的10電壓，在較低頻率下運(yùn)行時(shí)，這兩個(gè)電壓數(shù)值會分別降至0.9V、0.3V，以進(jìn)一步節(jié)約能源降低能耗。相比LPDDR4，LPDDR5的低電壓帶來了顯著的功耗降低。另外，LPDDR5還帶來了更新版本的深度睡眠模式，新模式相比舊模式能帶來更低的閑置功耗，三星給出的數(shù)據(jù)是LPDDR5的深度睡眠模式消耗的功耗是LPDDR4X的一半，值得期待?？偟膩砜矗堑脑u估數(shù)據(jù)是LPDDR5的功耗相比LPDDR4X大約降低了20%，這個(gè)成績也相當(dāng)不錯(cuò)了。

產(chǎn)品規(guī)格方面，目前LPDDR5推出的產(chǎn)品主要是LPDDR5 5500，但是JEDEC宣稱LPDDR5最終將運(yùn)行在LPDDR5 6400的速率上，在相同位寬配置下，其性能是LPDDR4 3200的2倍。舉例來說，在32b.t的位寬配置下（需要2個(gè)16bit的LPDDR5組成雙通道），LPDDR5 6400能帶來高達(dá)25.6G B/s的帶寬，如果是LPDDR55500的話，這個(gè)數(shù)據(jù)22G B/s，相比位寬為32bit的LPDDR4X，LPDDR5帶寬至少提升了29%，最多可以提升49%。

值得注意的是，正如上段提到的，目前推出的LPDDR5內(nèi)存的位寬都只有16bit，這一點(diǎn)和之前的LPDDR4家族以及LPDDR3等產(chǎn)品是不同的，前代產(chǎn)品的位寬最高可配置為32bit。LPDDR5減少位寬的原因可能是考慮到其本身即使是現(xiàn)在的較低規(guī)格版本，在16bit下帶寬就超過10GB/s（ 5500MT/sx16bit/8=11GB/s），對很多設(shè)備來說這個(gè)帶寬已經(jīng)足夠了，因此降低位寬可以增加LPDDR5的市場適用范圍。針對高端SoC來說，即使LPDDR5采用了16bit位寬設(shè)計(jì)，還可以采用多通道技術(shù)來實(shí)現(xiàn)帶寬翻倍，這也不是太難的操作。

在LPDDR5的產(chǎn)品量產(chǎn)方面，目前三星和美光兩家廠商是推動(dòng)的主力，國內(nèi)合肥長鑫也計(jì)劃在2022年之前推出LPDDR5內(nèi)存。具體來說，三星之前宣布將旗下EUV光刻機(jī)用于D1z DRAM的大規(guī)模量產(chǎn)，其最重要的產(chǎn)品就是LPDDR5內(nèi)存。目前三星推出了兩代LPDDR5內(nèi)存，其中一代采用DUV制造，工藝節(jié)點(diǎn)代號為Dly，新的一代就是前文所說的D1z。在改用EUV制造后，三星顯著提高了芯片的存儲密度并縮小了面積。Dly工藝節(jié)點(diǎn)的LPDDR5芯片容量可選8Gb和12Gb兩種，但是D1z就進(jìn)化至12Gb和16Gb了。在面積方面，同為12Gb的顆粒，Dly產(chǎn)品的面積為53.53平方毫米，D1z僅為43.98平方毫米，工藝進(jìn)步的效果顯著。美光方面也計(jì)劃在近期推出采用EUV技術(shù)的16Gb LPDDR5內(nèi)存，不過相比三星的產(chǎn)品，美光的芯片面積略微大了一些，16Gb的LPDDR5面積為68.34平方毫米，相對應(yīng)的三星的產(chǎn)品只有61.20平方毫米。

更加節(jié)能、更加高速：LPDDR的未來

從本文的介紹可以看出，LPDDR在發(fā)展過程中，從脫胎于DDR到走上獨(dú)立發(fā)展的路線，以及現(xiàn)在LPDDR5的帶寬逐漸趕上桌面平臺，同時(shí)功耗又在不斷降低，堪稱走出了一條高性能、低功耗的獨(dú)立之路。對于移動(dòng)設(shè)備和低功耗設(shè)備來說，LPDDR的高帶寬和低功耗特性是非常令人滿意的。未來LPDDR內(nèi)存還將在這條道路上繼續(xù)發(fā)展，給我們帶來更多輕便、節(jié)能但是高速的產(chǎn)品。