旗艦手機(jī)都在用的LPDDR5是什么，能為消費(fèi)者帶來(lái)什么價(jià)值？

除了5G和常規(guī)的處理器升級(jí)，2020年的旗艦手機(jī)還在宣傳的亮點(diǎn)技術(shù)有LPDDR5、UFS3.0、WiFi6和高刷新頻率屏幕。到目前為止，使用了LPDDR5的手機(jī)有小米10、iQOO3、黑鯊游戲手機(jī)3、魅族17 Pro、realme X50 Pro、三星Galaxy S20系列手機(jī)等等。

為什么這些手機(jī)廠商都不約而同地在其高端手機(jī)產(chǎn)品中選擇了LPDDR5呢？LPDDR5到底是什么？它能夠給消費(fèi)者帶來(lái)什么好處呢？今天我們就來(lái)聊一聊。

什么是LPDDR5?

在2月初，小米10發(fā)布之前，小米的雷軍、盧偉冰和常程就開(kāi)始在微博給廣大消費(fèi)者科普了，在他們的轉(zhuǎn)發(fā)和科普下，LPDDR5迅速成為了熱詞。

說(shuō)句老實(shí)話，小編之前挑手機(jī)重點(diǎn)關(guān)注的只有處理器、內(nèi)存大小，存儲(chǔ)容量、屏幕尺寸等參數(shù)，對(duì)于LPDDR用的是第幾代的問(wèn)題基本上是忽略的。

在他們的科普下，讓我覺(jué)得普通消費(fèi)者了解一下LPDDR5的知識(shí)也是很有必要的。

圖：雷軍在小米10發(fā)布會(huì)上科普LPDDR5性能。

其實(shí)，LPDDR的英文全稱是Low Power Double Data Rate SDRAM（低功耗雙倍數(shù)據(jù)速率同步動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器），是DDR SDRAM的一種，也有人稱之為mDDR (Mobile DDR SDRAM)，這是美國(guó)JEDEC固態(tài)技術(shù)協(xié)會(huì)（JEDEC Solid State Technology Association）面向低功耗內(nèi)存而制定的一項(xiàng)通信標(biāo)準(zhǔn)。

從協(xié)議規(guī)范中就可以看到，低功耗、小體積是此類產(chǎn)品的突出特征。得益于目前芯片技術(shù)的發(fā)展，LPDDR廣泛的應(yīng)用于移動(dòng)電子產(chǎn)品。LPDDR5是去年2月份才推出的最新標(biāo)準(zhǔn)。

LPDDR5新標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)于LPDDR4來(lái)說(shuō)，主要有三方面的提升：速率提升、功耗下降以及容量增大。

圖：LPDDR5與LPDDR4性能對(duì)比。（來(lái)源：新思科技Synopsys）

根據(jù)LPDDR5 標(biāo)準(zhǔn)，LPDDR5的最高速率是6400Mbps，是LPDDR4的兩倍，比LPDDR4X的4266Mbps快了50%。

由于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。

在器件容量方面，LPDDR5每通道最大可以做到32Gb[DZ1][XX2]，而LPDDR4是每通道最大容量是16Gb。

LPDDR5與DDR5的關(guān)系

JEDEC固態(tài)技術(shù)協(xié)會(huì)在一開(kāi)始其實(shí)是定義并開(kāi)發(fā)了三種DDR標(biāo)準(zhǔn)，即標(biāo)準(zhǔn)DDR、移動(dòng)DDR和圖形DDR。

其中標(biāo)準(zhǔn)DDR有兩種形態(tài)，一種是DIMM（雙列直插式存儲(chǔ)模塊），一種是將DDR放在PCB上的形態(tài)；

移動(dòng)DDR，即LPDDR，有兩種方式，適用于移動(dòng)應(yīng)用的PoP封裝，以及直接放在PCB上的方式；

圖形DDR，如果是GDDR，主要還是以分立器件直接放在PCB上方式，但HBM，由于它是高數(shù)據(jù)帶寬，數(shù)據(jù)總線位寬的一種解決方案，目前主要是采用更高級(jí)的TSV和中介層進(jìn)行連接。

圖：DDR的分類。（來(lái)源：新思科技Synopsys）

至于應(yīng)用領(lǐng)域，因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)DDR具有更高的容量，因此，可以應(yīng)用在服務(wù)器、云計(jì)算、數(shù)據(jù)中心、臺(tái)式機(jī)、筆記本電腦，以及一些消費(fèi)應(yīng)用和智能家居應(yīng)用中。

LPPDR主要的特點(diǎn)是高性能和低功耗，主要應(yīng)用在手機(jī)等移動(dòng)設(shè)備上，以及汽車電子中。當(dāng)然用在汽車市場(chǎng)的LPDDR需要滿足車規(guī)級(jí)，對(duì)溫度有特定要求。

圖形DDR更多是在數(shù)據(jù)密集型應(yīng)用，比如圖形卡、AI、高性能計(jì)算等應(yīng)用。

圖：DDR5與LPDDR5發(fā)展歷程。（來(lái)源：新思科技Synopsys）

為何DDR會(huì)從一代一直發(fā)展到現(xiàn)在的DDR5/LPDDR5呢？新思科技（Synopsys）資深應(yīng)用工程師許曉多認(rèn)為主要是兩大因素的推動(dòng)，一是性能，由于現(xiàn)在幾乎所有的應(yīng)用都需要更寬的帶寬和更高的速率來(lái)支持；二是功耗，他拿LPDDR舉例說(shuō)，在2009年時(shí)，LPDDR3的VDDQ是1.2V，到2014年的LPDDR4時(shí)降低到了1.1V，LPDDR4X更是直接降低到了0.6V，最新的LPDDR5，不僅將VDDQ降低到了0.5V，而且還支持調(diào)壓。

他還指出，對(duì)DDR來(lái)說(shuō)，隨著更新標(biāo)準(zhǔn)的推出，DDR的容量也在不斷提升。目前LPDDR5標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)在去年2月份推出了，DDR5的標(biāo)準(zhǔn)預(yù)計(jì)今年會(huì)推出。

LPDDR5可以帶來(lái)哪些好處？

LPDDR5帶來(lái)的直接好處就是性能更強(qiáng)，功耗更低。根據(jù)資料顯示，LPDDR5速率提升了29%~50%；功耗降低了12%~20%，傳輸數(shù)據(jù)可以達(dá)到44GB/s。

眾所周知，內(nèi)存可是手機(jī)內(nèi)部的功耗大戶，因?yàn)橹灰覀円婚_(kāi)機(jī)，就需要用到內(nèi)存。雷軍在小米10發(fā)布會(huì)上表示，內(nèi)存對(duì)整機(jī)的功耗影響達(dá)到了5%~10%。因此，如何平衡性能和功耗，是所有廠商在應(yīng)用LPDDR5之前都想要考慮的問(wèn)題。

依據(jù)去年2月，JEDEC發(fā)布的LPDDR5標(biāo)準(zhǔn)，LPDDR5相較于LPDDR4速度提升50%，功耗下降20%。美光宣稱，采用LPDDR5，續(xù)航可延長(zhǎng)5%~10%。小米實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，LPDDR5和LPDDR4X相比，綜合場(chǎng)景中，用戶續(xù)航提升約10%，在游戲和通信場(chǎng)景中，省電分別約20%和10%。

普通消費(fèi)者了解了性能提升和功耗降低，以及容量增加情況，可能已經(jīng)足夠了。但如果是系統(tǒng)應(yīng)用工程師的話，則需要了解更多的信息才行。那除了上面提到的幾點(diǎn)，LPDDR5還增加了哪些特性呢？

圖：LPDDR5的關(guān)鍵特性。

在許曉多看來(lái)，LPDDR5還有以下幾個(gè)關(guān)鍵的特性：

其中最重要的一個(gè)特性是LPDDR5的時(shí)鐘架構(gòu)已經(jīng)改變了。原來(lái)DDR4和LPDDR4的時(shí)鐘一定是雙向數(shù)據(jù)選通（DQS），寫的時(shí)候DQS往DRAM里面寫，讀取的時(shí)候，DQS回過(guò)來(lái)進(jìn)行采樣。但LPDDR5引入了新的WCK時(shí)鐘架構(gòu)，專門用于數(shù)據(jù)傳輸，它可以以CK的2倍或4倍速率運(yùn)行，其中2倍CK支持高達(dá)3200Mbps的操作，4倍CK支持高達(dá)6400Mbps的操作；而且WCK是從主機(jī)到設(shè)備的單向時(shí)鐘，并不是雙向架構(gòu)。這樣可以簡(jiǎn)化SoC中的時(shí)序收斂。

決策反饋均衡器（DFE），在DQ/DMI上提供一階動(dòng)態(tài)反饋均衡。

Write X主要是為了低功耗的需要，如果系統(tǒng)想要初始化內(nèi)存，或者內(nèi)存想要寫成特定數(shù)目的時(shí)候，控制器可以不用工作，只需要發(fā)一個(gè)命令，DRAM就能進(jìn)行初始化了。不過(guò)目前只支持將零寫入內(nèi)存，未來(lái)可能會(huì)支持其他數(shù)據(jù)寫入。

鏈接糾錯(cuò)碼（ECC），能夠恢復(fù)單一位傳輸錯(cuò)誤。

存儲(chǔ)區(qū)模式，其實(shí)就是bank group，它引入了一個(gè)靈活的地址訪問(wèn)策略，可以支持靈活的存儲(chǔ)區(qū)模式，以使存儲(chǔ)區(qū)配置與流量模式相匹配。引入了16bank和8bank。

支持動(dòng)態(tài)電壓和頻率縮放，電壓可以在0.5V和0.3V之間自由切換，同時(shí)支持三種不同的操作模式，并具有許多調(diào)整的功能。

結(jié)語(yǔ)

隨著5G時(shí)代的到來(lái)，高清視頻、游戲和AI實(shí)時(shí)運(yùn)算等應(yīng)用場(chǎng)景帶來(lái)的終端數(shù)據(jù)量將會(huì)成倍地增長(zhǎng)，而LPDDR5剛好可以更好地應(yīng)對(duì)這些應(yīng)用場(chǎng)景，能夠充分保證終端的性能和運(yùn)行效率。

因此，有業(yè)內(nèi)人士預(yù)計(jì)，LPDDR5將會(huì)成為2020年旗艦手機(jī)的標(biāo)配。從目前各個(gè)廠商發(fā)布的旗艦手機(jī)情況來(lái)看，也確實(shí)如此，可以預(yù)見(jiàn)到2020年下半年，將會(huì)有更多的主流5G旗艦手機(jī)搭載LPDDR5。

無(wú)論設(shè)計(jì)工程師選擇哪種DDR DRAM技術(shù)，都需要在SoC中部署兼容的接口解決方案，以實(shí)現(xiàn)與DRAM之間的必要鏈接。而新思科技一直都是DDR DRAM IP核的領(lǐng)先供應(yīng)商，它可以提供完整的DDR IP生態(tài)系統(tǒng)，可提供低風(fēng)險(xiǎn)、高性能、小面積的靈活I(lǐng)P解決方案，幫助客戶進(jìn)行快速配置，加速SoC整合。

其新的LPDDR5控制器和PHY驗(yàn)證IP方案可支持高達(dá)6400Mbps的數(shù)據(jù)速率，與前代產(chǎn)品相比，面積縮小了40%。而且還提供了幾種極具短退出延遲的低功耗狀態(tài)，并提供了多種預(yù)訓(xùn)練狀態(tài)，以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)頻率改變功能。

當(dāng)然，除了這些，新思科技還提供子系統(tǒng)硬化選項(xiàng)、信號(hào)完整性/電源完整性分析、驗(yàn)證模型、原型設(shè)計(jì)和仿真支持。