2020年2月，內(nèi)存大廠美光率先宣布量產(chǎn)LPDDR5 DRAM芯片，并同時(shí)宣布首發(fā)于小米10智能手機(jī)。據(jù)小米官方數(shù)據(jù)，由于采用LPDDR5高性能內(nèi)存，小米10手機(jī)在5G云游戲、AI運(yùn)算等場(chǎng)景方面可以有效降低云游戲延遲、確保AI運(yùn)算數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)同步。在游戲（王者榮耀）場(chǎng)景中，采用LPDDR5可以省電約20%，在微信語(yǔ)音和視頻場(chǎng)景應(yīng)用中，可省電約10%。

美光宣稱(chēng)，其LPDDR5內(nèi)存能使5G智能手機(jī)以高達(dá)6.4Gbps的傳輸速度處理數(shù)據(jù)，對(duì)消除5G數(shù)據(jù)瓶頸將起到關(guān)鍵作用。同時(shí)，也可以滿足自動(dòng)駕駛汽車(chē)中對(duì)大帶寬內(nèi)存及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理等高性能計(jì)算的需求。

另一家存儲(chǔ)大廠三星也宣布已量產(chǎn)LPDDR5內(nèi)存，該16Gb LPDDR5內(nèi)存基于三星第三代10nm級(jí)（1z）工藝打造，是首款采用EUV技術(shù)量產(chǎn)的內(nèi)存，也是迄今移動(dòng)DRAM產(chǎn)品中速度最高、容量最大的產(chǎn)品。

（注：1Z納米技術(shù)并不是工藝的極限，在1Z納米之后，還會(huì)有1α、1β、1γ等10納米級(jí)制造的工藝。那么，1Y、1Z是什么意思呢？首先，20納米相當(dāng)于一根頭發(fā)絲直徑的三千分之一。在內(nèi)存工藝進(jìn)入20nm之后，由于制造難度越來(lái)越高，內(nèi)存芯片公司對(duì)工藝的定義已經(jīng)不是具體的線寬，而是分成了1X、1Y、1Z，1X工藝相當(dāng)于16~19納米、1Y相當(dāng)于14~16納米，1Z相當(dāng)于12~14納米的級(jí)別。）

另外，由于采用了三星的先進(jìn)1z工藝制造，LPDDR5在尺寸上比上一代產(chǎn)品薄了30%，更能適應(yīng)智能手機(jī)對(duì)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(gòu)建16GB封裝，而基于上一代1y工藝制造的產(chǎn)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(shù)來(lái)看，三星后來(lái)居上，新量產(chǎn)的LPDDR5內(nèi)存產(chǎn)品要比美光的產(chǎn)品略勝一籌，由于采用了更先進(jìn)的工藝，在性能和容量上都有了進(jìn)一步提升。

LPDDR5是什么？

LPDDR全稱(chēng)Low Power Double Data Rate，是美國(guó)JEDEC固態(tài)技術(shù)協(xié)會(huì)面向低功耗內(nèi)存而制定的通信標(biāo)準(zhǔn)，以低功耗和小體積著稱(chēng)，專(zhuān)門(mén)用于移動(dòng)式電子產(chǎn)品。簡(jiǎn)稱(chēng)“低功耗內(nèi)存”，而LPDDR5就是最新的標(biāo)準(zhǔn)。

2019年2月，JEDEC正式發(fā)布了LPDDR5全新低功耗內(nèi)存標(biāo)準(zhǔn)。相較于2014年發(fā)布的上一代LPDDR4標(biāo)準(zhǔn)，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(nèi)存產(chǎn)品總是滯后于內(nèi)存標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布，但在智能手機(jī)對(duì)速度和功耗的無(wú)限追求下，LPDDR5內(nèi)存很快也就面世了。

LPDDR的發(fā)展旅程

· LPDDR2：第二代低功耗內(nèi)存技術(shù)LPDDR2的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范于2010年12月由JEDEC固態(tài)技術(shù)協(xié)會(huì)正式發(fā)布。

· LPDDR3：第三代低功耗內(nèi)存技術(shù)LPDDR3的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范于2012年5月由JEDEC固態(tài)技術(shù)協(xié)會(huì)正式發(fā)布。LPDDR3重點(diǎn)加入了新技術(shù) —— Write-Leveling and CA Training（寫(xiě)入均衡與指令地址調(diào)馴）和On Die Termination（片內(nèi)終結(jié)器/ODT）。

· LPDDR4：由于輸入/輸出接口數(shù)據(jù)傳輸速度最高可達(dá)3200Mbps，是通常使用的DDR3 DRAM的兩倍，新推出的8Gb LPDDR4內(nèi)存可以支持超高清影像的拍攝和播放，并能持續(xù)拍攝2000萬(wàn)像素的高清照片。與LPDDR3內(nèi)存芯片相比，LPDDR4的運(yùn)行電壓降為1.1伏，堪稱(chēng)適用于大屏幕智能手機(jī)和平板電腦、高性能網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的最低功耗存儲(chǔ)解決方案。

LPDDR5的三大優(yōu)勢(shì)

簡(jiǎn)單點(diǎn)來(lái)說(shuō)，LPDDR5有三大優(yōu)勢(shì)，分別是多車(chē)道Bank Group架構(gòu)、速率跨越式升級(jí)最多可達(dá)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(shù)據(jù)傳輸從單車(chē)道變成了多車(chē)道，進(jìn)一步提升了傳輸數(shù)據(jù)帶寬。得益于多Bank Group模式，相比LPDDR4X，LPDDR5的數(shù)據(jù)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(nèi)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(shí)切換至更低的0.9V和0.3V電壓，因此，LPDDR5的功耗會(huì)更低。

另外，相比LPDDR4x器件在高速工作時(shí)需要一直保持2133MHz時(shí)鐘頻率，而LPDDR5的時(shí)鐘頻率僅為800MHz，無(wú)疑大大降低功耗，同時(shí)在讀/寫(xiě)工作停止時(shí)，還會(huì)進(jìn)一步降低功耗。

LPDDR5的應(yīng)用場(chǎng)景

· 真正的多任務(wù)處理：在2019年“世界移動(dòng)通信大會(huì)”（MWC）上已經(jīng)推出可折疊屏的手機(jī)。1個(gè)手機(jī)屏幕可以同時(shí)運(yùn)行2個(gè)App，而且可以在這2個(gè)App之間非常自由地進(jìn)行復(fù)制、粘貼，就像現(xiàn)在人們?cè)赑C端做的那樣。這種多任務(wù)處理會(huì)要求更高性能的內(nèi)存，這樣才能使終端用戶能夠像操作電腦一樣去操作手機(jī)。因此，現(xiàn)在有一些旗艦的智能手機(jī)內(nèi)存已經(jīng)從8GB轉(zhuǎn)到12GB，甚至轉(zhuǎn)到16GB。

· 沉浸式體驗(yàn)：更高的性能和更低時(shí)延的5G環(huán)境也使消費(fèi)者能夠同時(shí)使用更多的媒介，他們可以快速地下載高清視頻，并進(jìn)行流媒體播放，實(shí)現(xiàn)360°的視覺(jué)體驗(yàn)。由于LPDDR5的時(shí)延非常低，所以終端用戶在看虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）的時(shí)候就像是看到現(xiàn)實(shí)一樣。VR的一個(gè)場(chǎng)景是球迷可以從體育場(chǎng)的各個(gè)角度去身臨其境觀看足球賽，而他本人不用離開(kāi)他的客廳。

· 游戲操控：5G的低時(shí)延和毫米波技術(shù)也能夠極大推動(dòng)游戲操控，游戲玩家可以把自己的手機(jī)當(dāng)成一個(gè)操作的樞紐，直接投屏到電視上實(shí)現(xiàn)無(wú)縫的體驗(yàn)，所以為了滿足游戲玩家的預(yù)期，就必須要采用LPDDR5的技術(shù)。

但是更重要的應(yīng)用是今后將出現(xiàn)的新應(yīng)用。硬件平臺(tái)再加上5G能夠?yàn)槠髽I(yè)和終端消費(fèi)者帶來(lái)真正的創(chuàng)新。

LPDDR5成為5G手機(jī)標(biāo)配

隨著我們的手機(jī)慢慢都支持5G信號(hào)，2020年可以說(shuō)是5G手機(jī)真正成為主流的第一年。手機(jī)的內(nèi)存隨著移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的代際升級(jí)而演進(jìn)，為什么手機(jī)機(jī)紛紛開(kāi)始使用LPDDR5內(nèi)存，其實(shí)也是為了迎合5G的市場(chǎng)趨勢(shì)。

關(guān)于內(nèi)存容量趨勢(shì)，由于5G是一項(xiàng)創(chuàng)新轉(zhuǎn)型的真正技術(shù)，所以手機(jī)制造商要確保自己的硬件能夠支持今后一系列的創(chuàng)新，沒(méi)有人會(huì)愿意自己的手機(jī)在內(nèi)存技術(shù)方面落后于整體的大趨勢(shì)。

LPDDR5去年已經(jīng)順利實(shí)現(xiàn)商用，并成為5G旗艦手機(jī)標(biāo)配?，F(xiàn)在大多數(shù)的主流旗艦機(jī)很多都使用了LPDDR5，它可以實(shí)現(xiàn)的當(dāng)今非常先進(jìn)的手機(jī)應(yīng)用，這些應(yīng)用往往要求非常高的帶寬。例如現(xiàn)在如果是用LPDDR4的旗艦手機(jī)，里面的高像素?cái)z像頭需要好幾秒的時(shí)間才能夠完成處理并存儲(chǔ)，而如果用LPDDR5，會(huì)是一個(gè)無(wú)縫的過(guò)程。如果同時(shí)運(yùn)行多個(gè)App，例如要捕捉視頻，還要打AI游戲，同時(shí)要進(jìn)行屏幕分享，在使用LPDDR4時(shí)很容易出現(xiàn)瓶頸，但是對(duì)于LPDDR5是綽綽有余。

除了手機(jī)外，LPDDR5的其他應(yīng)用機(jī)會(huì)。例如物聯(lián)網(wǎng)對(duì)于低功耗也有非常高的要求，另外還有平板、個(gè)人電腦，尤其是緊湊型的平板和電腦對(duì)于速度和功耗也有非常高的要求。

其中還有一個(gè)重要領(lǐng)域就是汽車(chē)，現(xiàn)在在自動(dòng)駕駛汽車(chē)的發(fā)展過(guò)程當(dāng)中看到越來(lái)越多LPDDR3和LPDDR4的使用。隨著汽車(chē)越來(lái)越自動(dòng)化，而且汽車(chē)的功能越來(lái)越AI化，未來(lái)汽車(chē)領(lǐng)域也會(huì)有越來(lái)越多LPDDR5應(yīng)用。

因?yàn)檎嬲詣?dòng)智能駕駛，需要汽車(chē)通過(guò)各種傳感器幾乎是“實(shí)時(shí)的”計(jì)算數(shù)據(jù)，分析路況，然后馬上操控汽車(chē)做對(duì)應(yīng)的動(dòng)作。如果沒(méi)有LPDDR5這樣的高速內(nèi)存支持，在計(jì)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(chē)用市場(chǎng)大展身手

隨著智能駕駛技術(shù)的發(fā)展，Gartner預(yù)測(cè)到2024年汽車(chē)內(nèi)存市場(chǎng)將增長(zhǎng)到63億美元，比2020年的24億美元增長(zhǎng)一倍以上。屆時(shí)，采用ADAS系統(tǒng)的智能汽車(chē)需要運(yùn)行超過(guò)1億行代碼，并需要數(shù)百條代碼每秒萬(wàn)億次操作，可與數(shù)據(jù)中心計(jì)算媲美。LPDDR5通過(guò)提高50％的數(shù)據(jù)訪問(wèn)速度和20％以上的電源效率來(lái)滿足這些要求。

雖然DDR5因其增加的內(nèi)存、處理可靠性和性能而受到歡迎，但有一個(gè)經(jīng)常被忽視的特性是它的安全性能 —— 尤其是在汽車(chē)應(yīng)用程序中。通常，我們只聽(tīng)到有關(guān)DDR5在移動(dòng)設(shè)備和CPU中使用的傳言，但DDR5的功能足夠多，也可以在汽車(chē)應(yīng)用程序中操作。將DDR5引入汽車(chē)系統(tǒng)，在提高安全力的同時(shí)，提高了內(nèi)存、處理、可靠性和性能。  

美光已經(jīng)開(kāi)始推動(dòng)LPDDR5進(jìn)入車(chē)用市場(chǎng)，宣布首款車(chē)用LPDDR5存儲(chǔ)器已開(kāi)始送樣，該方案根據(jù)基于國(guó)際化標(biāo)準(zhǔn)ISO 26262（汽車(chē)系統(tǒng)電氣部件的國(guó)際安全標(biāo)準(zhǔn)）設(shè)計(jì)，符合汽車(chē)安全完整性水平ASIL D。

（注：ASIL是ISO 26262定義的風(fēng)險(xiǎn)分類(lèi)。ASIL將安全級(jí)別分為：① ASIL B（剎車(chē)燈、后視攝像頭、前照燈）；② ASIL C（主動(dòng)懸架，雷達(dá)巡航控制）；③ ASIL D（防抱死制動(dòng)、電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向、安全氣囊、發(fā)動(dòng)機(jī)管理）。）

此前，特斯拉宣布召回部分Model X和S車(chē)型，原因是其微控制器中的8GB嵌入式多媒體卡（eMMC）存在問(wèn)題。eMMC上累積的磨損會(huì)損害主顯示屏、車(chē)輛警報(bào)信號(hào)、存儲(chǔ)設(shè)備和檢查攝像頭，所有這些損失加起來(lái)會(huì)耗盡內(nèi)存安全操作的可靠性。這起事件表明，安全是汽車(chē)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)和內(nèi)存的重要組成部分。

安全汽車(chē)存儲(chǔ)器的一個(gè)重要考慮因素是糾錯(cuò)碼（ECC）。簡(jiǎn)單說(shuō)一下什么叫ECC。ECC即內(nèi)存糾錯(cuò)，簡(jiǎn)單的說(shuō)，其具有發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤、糾正錯(cuò)誤的功能，一般多應(yīng)用在臺(tái)式電腦/服務(wù)器及圖形工作站上，這將使整個(gè)電腦系統(tǒng)在工作時(shí)更趨于安全穩(wěn)定。

對(duì)于車(chē)用內(nèi)存而言，這是一種關(guān)鍵的汽車(chē)協(xié)議，能夠自我檢測(cè)和檢索通過(guò)嵌入式硬件傳輸?shù)臄?shù)據(jù)錯(cuò)誤。SK海力士表示ECC是汽車(chē)存儲(chǔ)器中的一個(gè)關(guān)鍵因素，因?yàn)樗梢苑乐瓜到y(tǒng)故障，同時(shí)提供流暢的自主駕駛體驗(yàn)。

LPDDR4能夠傳輸128位的數(shù)據(jù)陣列，其中8位用于ECC檢索。相比之下，LPDDR5預(yù)計(jì)將有一個(gè)16GB DRAM來(lái)支持5.2GB/S的數(shù)據(jù)傳輸速率，這將比它的前任快近60%。

雖然這種級(jí)別的安全性和速度是內(nèi)存設(shè)備的一大特性，但設(shè)計(jì)者應(yīng)該考慮DDR5的其他設(shè)計(jì)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(dú)立的電源管理，設(shè)計(jì)師在復(fù)雜的汽車(chē)設(shè)計(jì)方面將具有更大的靈活性。

在高度壟斷的DRAM市場(chǎng)上，三星、美光、SK海力士在LPDDR5領(lǐng)域互相競(jìng)逐。但車(chē)規(guī)級(jí)的DRAM才剛剛興起，對(duì)于自動(dòng)駕駛，安全是所有車(chē)輛的首要任務(wù)，尤其是那些配備自動(dòng)系統(tǒng)的車(chē)輛。隨著DDR5進(jìn)入汽車(chē)市場(chǎng)，各種傳感器、控制器、開(kāi)關(guān)和門(mén)將蓬勃發(fā)展，因?yàn)樗鼈兺瑫r(shí)以比以前更快、更安全的速度操作和傳輸數(shù)據(jù)。