小米集團副總裁常程日前在個人微博發(fā)貼稱，對PC而言，內(nèi)存是計算機和CPU之間溝通的高速公路；對手機而言，內(nèi)存是河南到北京的動車。在JEDEC(固態(tài)技術(shù)協(xié)會)的推動下，內(nèi)存在2020年取得了革命性進步，即將大規(guī)模商用的LPDDR5相比于LPDDR4x是革命性的一代，相當(dāng)于把河南到北京之間的動車直接升級為高鐵，原來近6個小時的路程現(xiàn)在3個小時就能到達。IZDesmc

簡單一句話：LPDDR5是5G時代的內(nèi)存標(biāo)準(zhǔn)，速率提升50%，但是省電5-10%。IZDesmc

LPDDR5標(biāo)準(zhǔn)帶來哪些變化？

2019年2月，JEDEC正式發(fā)布LPDDR5全新低功耗內(nèi)存標(biāo)準(zhǔn)，即Low Power Double Data Rate 5。相較于LPDDR4標(biāo)準(zhǔn)，LPDDR5的I/O速度從3200MT/s提升到6400MT/s，速度直接翻番。如果匹配高端智能機常見的64bit BUS，每秒可以傳送51.2GB數(shù)據(jù)；如果匹配PC的128bit BUS，每秒可突破100GB數(shù)據(jù)。IZDesmc

固態(tài)協(xié)會認(rèn)為，LPDDR5有望對下一代便攜電子設(shè)備(手機、平板)的性能產(chǎn)生巨大提升，為了實現(xiàn)這一改進，標(biāo)準(zhǔn)對LPDDR5體系結(jié)構(gòu)進行了重新設(shè)計，轉(zhuǎn)向最高16 Bank可編程和多時鐘體系結(jié)構(gòu)。同時，還引入了數(shù)據(jù)復(fù)制(Data-Copy)和寫X(Write-X)兩個減少數(shù)據(jù)傳輸操作的命令來降低整體系統(tǒng)功耗，前者可以將單個陣腳的數(shù)據(jù)直接復(fù)制到其它針腳，后者則減少了SoC和RAM傳遞數(shù)據(jù)時的耗電。IZDesmc

另外，LPDDR5還引入了鏈路ECC糾錯，信號電壓250mV，Vddq/Vdd2電壓還是1.1V。IZDesmc

常程從三方面對LPDDR5進行了解釋：IZDesmc

1.多車道Bank Group架構(gòu)IZDesmc

LPDDR4x僅支持Single Bank Group，而LPDDR5支持多Bank Group模式，更多的Bank Group相當(dāng)于數(shù)據(jù)傳輸從單車道變?yōu)槎嘬嚨?，增加更多的并行?shù)據(jù)通路，提升數(shù)據(jù)傳輸帶寬。IZDesmc

2.速率跨越式升級最多可達50%性能提升IZDesmc

得益于多Bank Group模式，與上代LPDDR4x相比，LPDDR5的數(shù)據(jù)傳輸速率從4266Mbps提升至5500Mbps，傳輸帶寬從34GB/s提升到了44GB/s，這是人類歷史目前最高速率的內(nèi)存規(guī)格。未來，這一速率還會提升到6400Mbps，帶寬提升到51.2GB/s，提升50%之多。IZDesmc

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3.超低功耗IZDesmc

LPDDR5內(nèi)部有三組電壓：VDD1/VDD2/VDDQ，其中VDD2又分為VDD2H和VDD2L，VDD1和VDD2屬于Core電源，VDDQ屬于I/O接口電源。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，進一步降低功耗。IZDesmc

與之相比，LPDDR4x器件在高速工作時，時鐘為2133MHz，且需要一直保持在這樣的狀態(tài)，無形中會增加功耗。而LPDDR5器件修改了這一設(shè)計，LPDDR5的時鐘只有800MHz，而在數(shù)據(jù)有讀寫操作時，會有一個WCK信號，這個WCK信號會達到最大工作頻率，當(dāng)讀/寫工作停止時，WCK信號也會停止，從而降低功耗。IZDesmc

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5G時代的標(biāo)配

“2020年，5G手機為什么要搭配LPDDR5？”是知乎上的熱帖之一。除了小米和三星外，截止目前，努比亞、Realme、OPPO和中興等品牌也確認(rèn)了要采用LPDDR5。IZDesmc

我們知道，CPU是手機中進行數(shù)據(jù)運算的核心部件，運行速度非常快，但缺點是存儲空間非常小。閃存的存儲空間大，用來存儲程序等各種數(shù)據(jù)，但它與CPU的速度相差懸殊。這就需要內(nèi)存這一中樞去傳導(dǎo)數(shù)據(jù)與指令，以使數(shù)據(jù)處理與數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣认嗥ヅ?，程序的運行都在內(nèi)存中進行。如果沒有內(nèi)存，CPU整個的處理速度就會受到嚴(yán)重拖累。IZDesmc

當(dāng)前智能手機所需應(yīng)對的數(shù)據(jù)吞吐量正加速增長，對手機瞬時處理數(shù)據(jù)的能力(即內(nèi)存性能)提出了更高要求。從2010年首先出現(xiàn)的4G應(yīng)用，到2012年出現(xiàn)LPDDR3用以支持4G LTE應(yīng)用，再到2014年手機廠商首次采用LPDDR4支持分屏應(yīng)用，消費者的體驗得到了大幅提升。IZDesmc

而如果我們再看一下2020年小米10智能手機所配備的LPDDR5內(nèi)存，就會發(fā)現(xiàn)其速率達到了5500Mbps，相當(dāng)于每秒可傳送44GB數(shù)據(jù)，大約為12個高清視頻文件(3.7GB/個)。CPU把需要運算的數(shù)據(jù)調(diào)到內(nèi)存中進行，運算完成返回結(jié)果。內(nèi)存對手機的穩(wěn)定運行至關(guān)重要，高性能內(nèi)存對手機整體流暢度的提升大有裨益。IZDesmc

比如手機拍照，它涉及了大量的數(shù)據(jù)運算，尤其是手機相機像素已進入到億級的現(xiàn)在，內(nèi)存性能低下，傳導(dǎo)數(shù)據(jù)慢，就會造成拍照延遲；44GB/s的傳輸速率對游戲玩家來說更是巨大的利好消息；而2K120Hz高刷新率屏幕需要很高的帶寬，想不用LPDDR5都不行。同時，LPDDR5的電壓非常低，它可以做到和其他芯片堆疊在一起，而且發(fā)熱和功耗還會進一步降低。IZDesmc

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根據(jù)小米用戶續(xù)航DOU測試結(jié)果看，LPDDR5對比LPDDR4X續(xù)航優(yōu)勢明顯。IZDesmc

1、綜合場景下，用戶續(xù)航提升約10%。IZDesmc

2、在游戲(王者榮耀)場景中，省電約20%。IZDesmc

3、在微信語音和視頻場景中，省電約10%。IZDesmc

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讓雷軍直夸牛的美光

小米能趕在三星之前實現(xiàn)小米10全系搭配LPDDR5技術(shù)，最應(yīng)該感謝的是美光科技。IZDesmc

2月6日，美光科技宣布已交付全球首款量產(chǎn)的應(yīng)用于高端智能手機的低功耗DDR5 DRAM芯片，并將率先搭載于小米10智能手機。美光科技移動產(chǎn)品事業(yè)部市場副總裁Christopher Moore更是將此次量產(chǎn)交付的LPDDR5 DRAM內(nèi)存芯片視作美光重要的里程碑之一。IZDesmc

美光目前出貨給客戶的LPDDR5內(nèi)存容量包括6GB、8GB和12GB，數(shù)據(jù)傳輸速率為5.5Gbps和6.4Gbps，因此今年的旗艦產(chǎn)品將不會有8GB以下的版本。按照Moore的說法，美光12GB單塊裸片是目前市場上能夠提供的容量最大的LPDDR5產(chǎn)品，而且其12GB的封裝尺寸能夠提供業(yè)界領(lǐng)先的規(guī)格和封裝容量。同時，美光也是唯一一個滿足JEDEC標(biāo)準(zhǔn)，首個供應(yīng)最大數(shù)據(jù)傳輸速率6.4Gbps產(chǎn)品的廠商。IZDesmc

相對于LPDDR4x，LPDDR5如果以5.5 Gbps的傳輸速度運行，手機續(xù)航時間能夠延長5%-10%；如果是以最高的6.4Gbps傳輸速率運行，手機續(xù)航時間能夠提高10%以上，這就意味著能夠?qū)崿F(xiàn)全天候的電池續(xù)航。IZDesmc

Moore對此解釋說LPDDR5的功耗節(jié)約并不僅僅是來自于器件的層面，還因為DRAM的速度更快了，所以手機處理器能夠以更快速的速度傳輸數(shù)據(jù)，以便能夠盡早進入睡眠模式，整個系統(tǒng)加總的結(jié)果使電池節(jié)約更多功耗。IZDesmc

在功耗降低的情況下，LPDDR5在性能方面也能夠更好的支持應(yīng)用：比如用LPDDR4的旗艦手機的高像素攝像頭需要好幾秒的時間才能夠完成處理并且存儲，而如果用LPDDR5就會是一個無縫的過程；如果同時運行多個的App，要捕捉視頻，還要打AI的游戲，還有進行屏幕分享，在使用LPDDR4的情況下很容易出現(xiàn)瓶頸，但是對于LP5來說是綽綽有余的。IZDesmc

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在2020年這樣一個特殊的節(jié)點，5G網(wǎng)絡(luò)正加快普及，5G云游戲、AI運算等場景更是會帶來終端數(shù)據(jù)吞吐量的成倍增長。LPDDR5高性能內(nèi)存可以有效降低云游戲延遲、確保AI運算數(shù)據(jù)實時同步，為5G相關(guān)服務(wù)的衍生與發(fā)展做好了充分的終端性能保障。例如在使用LPDDR5之后，智能手機的邊緣計算就能夠成為一個數(shù)據(jù)處理的樞紐，能夠支持?jǐn)?shù)據(jù)處理、人工智能并且減輕云計算的負(fù)載，使得很多云計算功能轉(zhuǎn)移到邊緣計算，能夠充分利用高速網(wǎng)絡(luò)、5G帶寬以及高速高容量的內(nèi)存。IZDesmc

LPDDR5群雄爭霸

LPDDR5的使用是一個正常的技術(shù)迭代，就像從LPDDR3到LPDDR4，再到LPDDR4 X一樣。不過，技術(shù)迭代的背后，是三星、美光、SK海力士三家國際巨頭在全球DRAM市場上的激烈競爭。IZDesmc

三星在2018年就開始向LPDDR5標(biāo)準(zhǔn)過渡，當(dāng)年就宣布成功開發(fā)并量產(chǎn)業(yè)界首款10nm級8GB LPDDR5芯片。時隔一年，三星再次推出12GB LPDDR5，并宣布將于2020年開發(fā)16GB LPDDR5，即將面世的三星Galaxy S20系列預(yù)計將標(biāo)配自家的16GB LPDDR5 RAM和UFS 3.0儲存。IZDesmc

美光此番采用的是1Y納米的光刻技術(shù)，2020年上半年還將通過基于UFS的多芯片封裝(uMCP5)把LPDDR5內(nèi)存應(yīng)用于中高端智能手機，并于今年晚些時候推出1Z納米級的產(chǎn)品。Moore預(yù)測稱，到2020年底，絕大多數(shù)主流旗艦機都會搭載LPDDR5，2021年至2022年，這一趨勢將下沉至更多的中高端5G智能手機中，并據(jù)此成為市場的主流。IZDesmc

然而1Z納米技術(shù)并不是美光規(guī)劃的產(chǎn)品路線圖的盡頭。據(jù)報道，美光將計劃引入至少四種以上的10nm級制造工藝：1Z、1α、1β和1γ，從而使其10nm級制造工藝總數(shù)超過6種。IZDesmc

目前，美光正在加大其第二代10nm級制造工藝(即1Y nm)的使用規(guī)模，該工藝用于制造美光的各種產(chǎn)品，包括12Gb LPDDR4X、16Gb DDR4和12Gb LPDDR5存儲器件。下一代1Z nm將用于生產(chǎn)16Gb LPDDR5存儲器件以及DDR5存儲器件，1Z nm節(jié)點后，美光計劃開始使用1αnm和1βnm制造技術(shù)，并同時為1γnm技術(shù)的可行架構(gòu)尋找路徑。IZDesmc

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SK海力士目前主要是提高第三代10nm級(1Znm)工藝量產(chǎn)16Gb DDR4，且積極拓展到LPDDR5和HBM2E市場，計劃在2020年大規(guī)模量產(chǎn)。在今年的CES 2020上，SK海力士展示的LPDDR5芯片頻率已達5500MHz，遠遠高于LPDDR4X-4667，而且功耗更低。IZDesmc

因此，從上述三家的DRAM技術(shù)發(fā)展路線來看來看，從2019下半年開始，三大原廠均已陸續(xù)進入1Znm DRAM技術(shù)階段，到2020年，量產(chǎn)的單顆Die容量可達到16GB，未來基于基于8顆封裝量產(chǎn)型16GB芯片進一步提高容量并非遙不可及。IZDesmc

產(chǎn)能方面，除三星正在考慮從2020年開始將12GB LPDDR5轉(zhuǎn)移到Pyeongtaek工廠生產(chǎn)外。美光將計劃對廣島工廠B2樓進行第二階段投資，即建設(shè)F棟制造工廠用于量產(chǎn)1Znm工藝之后的1α、1β技術(shù)。相信隨著美光和SK海力士在2020年產(chǎn)能的逐漸放量，LPDDR5商用加速的步伐會更加迅速。IZDesmc