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LPDDR5究竟有多強:幫助消除5G數據瓶頸和實現智能駕駛

作者:陳玲麗時間:2021-04-13來源:電子產品世界收藏

2020年2月,內存大廠美光率先宣布量產 DRAM芯片,并同時宣布首發于小米10智能手機。據小米官方數據,由于采用高性能內存,小米10手機在云游戲、AI運算等場景方面可以有效降低云游戲延遲、確保AI運算數據實時同步。在游戲(王者榮耀)場景中,采用可以省電約20%,在微信語音和視頻場景應用中,可省電約10%。

本文引用地址:http://www.5nmn.com/article/202104/424398.htm

美光宣稱,其LPDDR5內存能使智能手機以高達6.4Gbps的傳輸速度處理數據,對消除數據瓶頸將起到關鍵作用。同時,也可以滿足自動駕駛汽車中對大帶寬內存及實時數據處理等高性能計算的需求。

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另一家存儲大廠三星也宣布已量產LPDDR5內存,該16Gb LPDDR5內存基于三星第三代10nm級(1z)工藝打造,是首款采用EUV技術量產的內存,也是迄今移動DRAM產品中速度最高、容量最大的產品。

(注:1Z納米技術并不是工藝的極限,在1Z納米之后,還會有1α、1β、1γ等10納米級制造的工藝。那么,1Y、1Z是什么意思呢?首先,20納米相當于一根頭發絲直徑的三千分之一。在內存工藝進入20nm之后,由于制造難度越來越高,內存芯片公司對工藝的定義已經不是具體的線寬,而是分成了1X、1Y、1Z,1X工藝相當于16~19納米、1Y相當于14~16納米,1Z相當于12~14納米的級別。)

另外,由于采用了三星的先進1z工藝制造,LPDDR5在尺寸上比上一代產品薄了30%,更能適應智能手機對多功能小體積的苛刻要求。三星介紹,只需8顆16Gb LPDDR5芯片就能構建16GB封裝,而基于上一代1y工藝制造的產品則需要12顆芯片(8顆12Gb芯片和4顆8Gb芯片)才能提供同樣的容量。

從公布的參數來看,三星后來居上,新量產的LPDDR5內存產品要比美光的產品略勝一籌,由于采用了更先進的工藝,在性能和容量上都有了進一步提升。

LPDDR5是什么?

LPDDR全稱Low Power Double Data Rate,是美國JEDEC固態技術協會面向低功耗內存而制定的通信標準,以低功耗和小體積著稱,專門用于移動式電子產品。簡稱“低功耗內存”,而LPDDR5就是最新的標準。

2019年2月,JEDEC正式發布了LPDDR5全新低功耗內存標準。相較于2014年發布的上一代LPDDR4標準,LPDDR5的I/O速度從3200 MT/s提升到6400 MT/s(DRAM速度6400Mbps),直接翻番。

內存產品總是滯后于內存標準的發布,但在智能手機對速度和功耗的無限追求下,LPDDR5內存很快也就面世了。

LPDDR的發展旅程

· LPDDR2:第二代低功耗內存技術LPDDR2的標準規范于2010年12月由JEDEC固態技術協會正式發布。

· LPDDR3:第三代低功耗內存技術LPDDR3的標準規范于2012年5月由JEDEC固態技術協會正式發布。LPDDR3重點加入了新技術 —— Write-Leveling and CA Training(寫入均衡與指令地址調馴)和On Die Termination(片內終結器/ODT)。

· 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,新推出的8Gb LPDDR4內存可以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。

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LPDDR5的三大優勢

簡單點來說,LPDDR5有三大優勢,分別是多車道Bank Group架構、速率跨越式升級最多可達50%性能提升、超低功耗。

LPDDR4X僅支持Single Bank Group,而LPDDR5支持多Bank Group模式,這里可以理解為數據傳輸從單車道變成了多車道,進一步提升了傳輸數據帶寬。得益于多Bank Group模式,相比LPDDR4X,LPDDR5的數據傳輸速率從4266MT/s提升至5500MT/s,傳輸帶寬從34GB/s提升到了44GB/s。

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。

另外,相比LPDDR4x器件在高速工作時需要一直保持2133MHz時鐘頻率,而LPDDR5的時鐘頻率僅為800MHz,無疑大大降低功耗,同時在讀/寫工作停止時,還會進一步降低功耗。

LPDDR5的應用場景

· 真正的多任務處理:在2019年“世界移動通信大會”(MWC)上已經推出可折疊屏的手機。1個手機屏幕可以同時運行2個App,而且可以在這2個App之間非常自由地進行復制、粘貼,就像現在人們在PC端做的那樣。這種多任務處理會要求更高性能的內存,這樣才能使終端用戶能夠像操作電腦一樣去操作手機。因此,現在有一些旗艦的智能手機內存已經從8GB轉到12GB,甚至轉到16GB。

· 沉浸式體驗:更高的性能和更低時延的5G環境也使消費者能夠同時使用更多的媒介,他們可以快速地下載高清視頻,并進行流媒體播放,實現360°的視覺體驗。由于LPDDR5的時延非常低,所以終端用戶在看虛擬現實(VR)的時候就像是看到現實一樣。VR的一個場景是球迷可以從體育場的各個角度去身臨其境觀看足球賽,而他本人不用離開他的客廳。

· 游戲操控:5G的低時延和毫米波技術也能夠極大推動游戲操控,游戲玩家可以把自己的手機當成一個操作的樞紐,直接投屏到電視上實現無縫的體驗,所以為了滿足游戲玩家的預期,就必須要采用LPDDR5的技術。

但是更重要的應用是今后將出現的新應用。硬件平臺再加上5G能夠為企業和終端消費者帶來真正的創新。

LPDDR5成為5G手機標配

隨著我們的手機慢慢都支持5G信號,2020年可以說是5G手機真正成為主流的第一年。手機的內存隨著移動網絡的代際升級而演進,為什么手機機紛紛開始使用LPDDR5內存,其實也是為了迎合5G的市場趨勢。

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關于內存容量趨勢,由于5G是一項創新轉型的真正技術,所以手機制造商要確保自己的硬件能夠支持今后一系列的創新,沒有人會愿意自己的手機在內存技術方面落后于整體的大趨勢。

LPDDR5去年已經順利實現商用,并成為5G旗艦手機標配。現在大多數的主流旗艦機很多都使用了LPDDR5,它可以實現的當今非常先進的手機應用,這些應用往往要求非常高的帶寬。例如現在如果是用LPDDR4的旗艦手機,里面的高像素攝像頭需要好幾秒的時間才能夠完成處理并存儲,而如果用LPDDR5,會是一個無縫的過程。如果同時運行多個App,例如要捕捉視頻,還要打AI游戲,同時要進行屏幕分享,在使用LPDDR4時很容易出現瓶頸,但是對于LPDDR5是綽綽有余。

除了手機外,LPDDR5的其他應用機會。例如物聯網對于低功耗也有非常高的要求,另外還有平板、個人電腦,尤其是緊湊型的平板和電腦對于速度和功耗也有非常高的要求。

其中還有一個重要領域就是汽車,現在在自動駕駛汽車的發展過程當中看到越來越多LPDDR3和LPDDR4的使用。隨著汽車越來越自動化,而且汽車的功能越來越AI化,未來汽車領域也會有越來越多LPDDR5應用。

因為真正自動,需要汽車通過各種傳感器幾乎是“實時的”計算數據,分析路況,然后馬上操控汽車做對應的動作。如果沒有LPDDR5這樣的高速內存支持,在計算中突然“卡了”,那真就是秒秒鐘造成不可挽回的后果。

LPDDR5將車用市場大展身手

隨著技術的發展,Gartner預測到2024年汽車內存市場將增長到63億美元,比2020年的24億美元增長一倍以上。屆時,采用ADAS系統的智能汽車需要運行超過1億行代碼,并需要數百條代碼每秒萬億次操作,可與數據中心計算媲美。LPDDR5通過提高50%的數據訪問速度和20%以上的電源效率來滿足這些要求。

雖然DDR5因其增加的內存、處理可靠性和性能而受到歡迎,但有一個經常被忽視的特性是它的安全性能 —— 尤其是在汽車應用程序中。通常,我們只聽到有關DDR5在移動設備和CPU中使用的傳言,但DDR5的功能足夠多,也可以在汽車應用程序中操作。將DDR5引入汽車系統,在提高安全力的同時,提高了內存、處理、可靠性和性能。  

美光已經開始推動LPDDR5進入車用市場,宣布首款車用LPDDR5存儲器已開始送樣,該方案根據基于國際化標準ISO 26262(汽車系統電氣部件的國際安全標準)設計,符合汽車安全完整性水平ASIL D。

(注:ASIL是ISO 26262定義的風險分類。ASIL將安全級別分為:① ASIL B(剎車燈、后視攝像頭、前照燈);② ASIL C(主動懸架,雷達巡航控制);③ ASIL D(防抱死制動、電動助力轉向、安全氣囊、發動機管理)。)

此前,特斯拉宣布召回部分Model X和S車型,原因是其微控制器中的8GB嵌入式多媒體卡(eMMC)存在問題。eMMC上累積的磨損會損害主顯示屏、車輛警報信號、存儲設備和檢查攝像頭,所有這些損失加起來會耗盡內存安全操作的可靠性。這起事件表明,安全是汽車數據處理系統和內存的重要組成部分。

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安全汽車存儲器的一個重要考慮因素是糾錯碼(ECC)。簡單說一下什么叫ECC。ECC即內存糾錯,簡單的說,其具有發現錯誤、糾正錯誤的功能,一般多應用在臺式電腦/服務器及圖形工作站上,這將使整個電腦系統在工作時更趨于安全穩定。

對于車用內存而言,這是一種關鍵的汽車協議,能夠自我檢測和檢索通過嵌入式硬件傳輸的數據錯誤。SK海力士表示ECC是汽車存儲器中的一個關鍵因素,因為它可以防止系統故障,同時提供流暢的自主駕駛體驗。

LPDDR4能夠傳輸128位的數據陣列,其中8位用于ECC檢索。相比之下,LPDDR5預計將有一個16GB DRAM來支持5.2GB/S的數據傳輸速率,這將比它的前任快近60%。

雖然這種級別的安全性和速度是內存設備的一大特性,但設計者應該考慮DDR5的其他設計特性。例如,DDR5具有較低的工作電壓VDD,這意味著噪聲抗擾度的裕度較小。除此之外,由于DDR5嵌入式集成電路中存在獨立的電源管理,設計師在復雜的汽車設計方面將具有更大的靈活性。

在高度壟斷的DRAM市場上,三星、美光、SK海力士在LPDDR5領域互相競逐。但車規級的DRAM才剛剛興起,對于自動駕駛,安全是所有車輛的首要任務,尤其是那些配備自動系統的車輛。隨著DDR5進入汽車市場,各種傳感器、控制器、開關和門將蓬勃發展,因為它們同時以比以前更快、更安全的速度操作和傳輸數據。



關鍵詞: LPDDR5 5G 智能駕駛

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