LPDDR5X，前進(jìn)的不止是一小步

很多人在談?wù)?a class="contentlabel" href="http://dyxdggzs.com/news/listbylabel/label/LPDDR5X">LPDDR5X的時(shí)候，總是認為它只是LPDDR5同一代的改進(jìn)產(chǎn)品，在各個(gè)指標方面的提升也不會(huì )很大，似乎沒(méi)必要作為更換設備的考慮因素之一。但是如果你真的去仔細梳理一下LPDDR5X和LPDDR5的技術(shù)規格對比和實(shí)際表現測評，你會(huì )發(fā)現這一次LPDDR5X進(jìn)步得真的不止一小步而已，更重要的是，這些進(jìn)步可能帶來(lái)讓諸多熱門(mén)應用在移動(dòng)端的實(shí)現成為可能。

性能帶動(dòng)多應用變革

從JEDEC 發(fā)布的LPDDR5X和LPDDR5的標準文檔中我們可以清晰發(fā)現，從理論性能上，LPDDR5X 的 8533MT/s 比LPDDR5提升了 33%，這部分讀取速度的提升對于人工智能、深度學(xué)習等應用來(lái)說(shuō)也許就是將以前的不可能變?yōu)楝F實(shí)的關(guān)鍵。除了性能上的提升外，為了提高數據傳輸速率以及提高低功耗內存子系統的可靠性，LPDDR5X 引入了名為 pre-emphasis（預加重）的功能來(lái)提高信噪比（從而達成更高的頻率和性能）并降低誤碼率以及自適應刷新管理，此外還有每引腳決策反饋均衡器，可以增強內存通道穩健性。兩種內存顆粒的引腳完全兼容，這可以從各個(gè)層面上簡(jiǎn)化處理器對LPDDR5X支持所需要的內存控制策略。

歷代LPDDR系列的性能提升

除此之外，在內存庫分組和可變電壓方面，LPDDR5X進(jìn)行了更好的優(yōu)化，從而能有效降低系統的整體功耗。針對LPDDR5X帶來(lái)的技術(shù)優(yōu)勢能夠引發(fā)的應用層面突破，Micron Mobile Business Unit product manager Ashish Ranjan做了更為詳細的闡述。他強調，LPDDR5X帶來(lái)了更快的速率，更高的帶寬和更低的延遲，這些全新的技術(shù)優(yōu)勢將有望在計算攝影和人工智能（AI）等應用領(lǐng)域大展拳腳。具體來(lái)說(shuō)，對于那些需要大量處理數據的應用（比如夜間模式和人像模式攝影），特別是在后期處理階段，搭載了LPDDR5X的應用將幫助智能手機用戶(hù)獲得更好的用戶(hù)體驗。隨著(zhù)AI引擎變得越來(lái)越復雜，需要的數據量也越來(lái)越多，這些應用和用例可以充分利用LPDDR5X帶來(lái)的速率優(yōu)勢，幫助AI引擎更迅速做出決策，更快速提煉出數據洞察。

天璣 9000平臺下LPDDR5X的性能表現

作為L(cháng)PDDR系列存儲最大的應用領(lǐng)域，手機和便攜消費電子產(chǎn)品對功耗非常敏感，Ashish Ranjan談到LPDDR5X的功耗表現時(shí)介紹，業(yè)內通常用“一天使用情況”（DoU）的水平來(lái)測量功耗，根據智能手機每天執行的標準用例和任務(wù)情況，例如使用WiFi、玩游戲、待機、使用多媒體和相機等任務(wù)，美光通過(guò)合作伙伴一起的測試和分析得出LPDDR5X的功耗降低了20%。由于LPDDR5X性能提高，我們能更快速訪(fǎng)問(wèn)智能手機內部DRAM，從而能更快進(jìn)入低功耗模式，帶寬從6400Mpbs增加到8533Mbps同時(shí)也優(yōu)化了功耗。如今電池技術(shù)已經(jīng)成為智能手機性能提升最大的瓶頸，作為數據處理最常用的存儲部分如果可以適當降低功耗，無(wú)疑對手機的整體續航將帶來(lái)極大的提升。當然，他還特別提到LPDDR5X有可能在智能連接設備中被使用，例如可穿戴設備和物聯(lián)網(wǎng)設備。LPDDR5X的高速率將有助于催生依賴(lài)于人工智能和機器學(xué)習工作負載（例如邊緣計算機視覺(jué)）的高帶寬接口的物聯(lián)網(wǎng)應用。然而，這些類(lèi)型設備中的絕大部分，例如可穿戴設備，其數據傳輸速率不高，并不需要LPDDR5X提供的高帶寬，因此它們很可能無(wú)法充分利用LPDDR5X的性能。

影像的提升

影像是智能手機最常用的功能之一，國產(chǎn)手機近年來(lái)在影像方面的競爭已經(jīng)進(jìn)入白熱化，幾乎將智能手機的影像系統推到了無(wú)限接近入門(mén)級單反的程度。高像素和高分辨率對內存的要求越來(lái)越嚴格，LPPDR5X更高的帶寬對于數據密集情況下多幀連拍會(huì )產(chǎn)生重大影響。例如，夜景模式下的攝影。 拍攝這種類(lèi)型的視頻，需要大量的數據處理才能選出正確的幀來(lái)獲得完美的鏡頭序列，而具備高帶寬、低延遲特點(diǎn)的LPDDR5X內存恰恰能滿(mǎn)足這一需求，從而提高用戶(hù)體驗。在對LPDDR5X進(jìn)行初始基準測試時(shí)，美光研究的重點(diǎn)是在暗光環(huán)境中拍攝照片和視頻時(shí)如何改善用戶(hù)體驗，具體來(lái)說(shuō)就是使用“夜景模式”時(shí)的表現。 美光發(fā)現，SoC會(huì )讓智能手機內的算法保持不變。 然而，算法不變，加上使用相同的IP和相同的活動(dòng)，IP、GPU和CPU都能利用LPDDR5X的更高內存性能，即使在暗光下圖片和視頻也能獲得更高的分辨率。但如果算法改變，或使用不同的IP，則可能會(huì )影響夜景模式的功能，優(yōu)勢可能無(wú)法充分發(fā)揮。

AI的革命

每一代新的移動(dòng)存儲都釋放了實(shí)現更強大、更高效移動(dòng)體驗的潛力。移動(dòng)AI應用其中一個(gè)瓶頸就是內存的性能。到2020年，LPDDR5 DRAM為5G智能手機帶來(lái)了更高的內存性能，增加了向AI引擎提供大量數據所必需的內存帶寬，并以足夠快的速度處理數據，減少了數據瓶頸。更高的內存帶寬有助于在手機上流暢觀(guān)看4K視頻直播、玩更高級的游戲并進(jìn)行人工智能計算成像?；谶@一性能基礎，LPDDR5X將在各個(gè)應用市場(chǎng)的設備中解鎖更多由AI和5G技術(shù)支持的功能。 LPDDR5高達8.533 Gb/秒的高數據速率比上一代LPDDR5快33%，能夠提升如計算攝影等相關(guān)AI功能的體驗。 更高的帶寬又可以使SoC中的AI引擎更快地訪(fǎng)問(wèn)照片和視頻，從而獲得更快的拍攝速度并同時(shí)從多個(gè)攝像頭獲取視頻。不僅如此，這種性能讓智能手機能夠更快地收集、處理和分析AI引擎上的智能手機數據，從而實(shí)現預測性洞察和情境感知。

就移動(dòng)端和邊緣端上AI應用的推理瓶頸而言，LPDDR5X憑借更高速的接口和更低的功耗有助于緩解這一瓶頸。然而，實(shí)現這一點(diǎn)需要的是整個(gè)生態(tài)系統的努力，而不僅僅是內存方面的創(chuàng )新。通過(guò)移動(dòng)生態(tài)系統各個(gè)方面的合作和創(chuàng )新，LPDDR5X的性能和功耗將解鎖全新AI和5G的潛力，例如，運營(yíng)商建設和投資基礎設施，手機廠(chǎng)商開(kāi)發(fā)出能利用這一新帶寬的終端設備，以及整個(gè)半導體行業(yè)的參與。所有這些參與者和貢獻者在推動(dòng)每個(gè)獨立器件突破極限，釋放AI和5G的全部潛力方面都發(fā)揮著(zhù)不可或缺的作用。

情境感知

元宇宙概念的出現，讓情境感知成為重點(diǎn)關(guān)注的技術(shù)應用領(lǐng)域，LPDDR5X創(chuàng )新性地支持情境感知這一全新用例。情境感知是通過(guò)智能手機在我們身邊源源不斷收集和分析各種數據后實(shí)現的。為了創(chuàng )造更有預見(jiàn)性和洞察力的用戶(hù)體驗，LPDRAM要快速存儲大量的數據，然后傳送到智能手機的AI引擎中，從而獲取數據洞察，改善我們的日常生活。例如，如果你要與朋友共進(jìn)午餐，可以根據短信或電子郵件的信息立即生成日歷提醒，并預訂你最喜歡的餐廳，然后安排一輛車(chē)在合適的時(shí)間來(lái)接你，準時(shí)到達你的午餐地點(diǎn)。 這就是情境感知的表現形式，數據從各種來(lái)源被收集然后進(jìn)行處理。有了LPDDR5X的高速率，智能手機就成為人們的移動(dòng)伴侶，幫助解鎖更多前所未有的移動(dòng)體驗。 一般來(lái)說(shuō)，更高的帶寬能帶來(lái)更豐富的情境體驗。隨著(zhù)應用和用戶(hù)體驗不斷提升，終端用戶(hù)對8K視頻、超流暢和響應靈敏的應用需求越來(lái)越大。而LPDDR5X具有高帶寬和快速有效地處理數據的能力，能明顯提升用戶(hù)體驗。

助推自動(dòng)駕駛

實(shí)現完全自動(dòng)駕駛是汽車(chē)產(chǎn)業(yè)一直關(guān)注的終極愿景。由于兼具高性能和低功耗優(yōu)點(diǎn)，LPDDR內存一直為車(chē)載信息娛樂(lè )系統和高級自動(dòng)駕駛輔助系統（ADAS）所青睞。雖然高內存帶寬在這些應用中必不可少，L3 級別ADAS的計算性能可以使處理速度達到1000 TOPS（TOPS：每秒萬(wàn)億次執行次數），但功耗始終是一個(gè)重要的考慮因素，而這也是為什么在汽車(chē)行業(yè)LPDDR內存占主導，而非DDR內存。對于傳統的內燃機而言，使用LPDDR內存而節省的功耗最終能減少尾氣排放。對電動(dòng)汽車(chē)（EV）而言，節省電力就意味著(zhù)一次充電后，汽車(chē)的續航里程可以被延長(cháng)。再者，電動(dòng)汽車(chē)消費者常常感到 “里程焦慮” ——汽車(chē)充電后可行駛多少距離，由此，續航里程是一個(gè)很重要的考慮因素。

為支持更高級別的自動(dòng)駕駛技術(shù)，所使用的軟件也越來(lái)越多，隨之而來(lái)對帶寬的需求也不斷增加，因此，兼具最佳功耗和最高性能的內存也變得越來(lái)越重要。LPDDR5X的高速率尤其適合智能汽車(chē)，因為隨著(zhù)ADAS和數據密集型車(chē)載應用的出現，汽車(chē)需要處理海量的數據，從而確保1000TOPS以上算力的處理引擎能連續不斷地接收數據。而LPDDR5X的高數據速率和節能性使汽車(chē)能以盡可能低的功耗高效地處理這些數據。

人們一直以來(lái)關(guān)注LPDDR 5或LPDDR 5X信號的完整性，這也是實(shí)現自動(dòng)駕駛汽車(chē)上實(shí)際可行的計算平臺的重要一環(huán)，因為這些平臺要在極端傳輸速度下運行。與這些高性能SoC通信的系統總線(xiàn)現在正從傳統的128位總線(xiàn)寬度擴展到256位（甚至更高），I/O切換速度也從4.2 Gb/秒增加到8.5 Gb/每秒。由于這些總線(xiàn)都基于單端I/O信號，而單端I/O信號通常不如差分信號寬容，因此面臨的挑戰更大，這些線(xiàn)路速率類(lèi)型上的差別使差分信號在某種程度上成為了主流。歷史上的二級和三級效應現在已經(jīng)成為不可忽視的一級效應。在這些總線(xiàn)寬度和線(xiàn)路速率下同時(shí)切換會(huì )帶來(lái)重大的挑戰，包括符號間干擾（ISI）以及數據眼圖張開(kāi)大小/單位間隔（UI）的顯著(zhù)減少。重點(diǎn)關(guān)注信號完整性的幾個(gè)關(guān)鍵特性，包括引入決策反饋均衡（DFE）來(lái)專(zhuān)門(mén)解決這些真正的挑戰，并最終使這些復雜的、高總線(xiàn)寬度、高帶寬的內存子系統能變得實(shí)用。

隨著(zhù)LPDDR5X的出現，汽車(chē)行業(yè)有望開(kāi)發(fā)出一種極高性能、更低功耗的解決方案，這將在實(shí)現完全自動(dòng)駕駛方面發(fā)揮重要作用。

工藝，內存技術(shù)優(yōu)勢的基礎

LPDDR5X在取得更高帶寬和更快速率的同時(shí)，降低了系統的整體功耗，除了在技術(shù)標準上的革新外，使用更先進(jìn)的工藝節點(diǎn)，功耗效率自然會(huì )相應提升。美光的1α技術(shù)節點(diǎn)有助于生產(chǎn)更節能的內存解決方案，從而打造了業(yè)界最低功耗的LPDDR5X。

內存芯片廠(chǎng)商面臨的最大技術(shù)挑戰之一是必須持續縮小電路板面積，并升級技術(shù)節點(diǎn)（node），以此才能跟上整個(gè)行業(yè)高速發(fā)展的節奏和海量數據增長(cháng)的需求。但要做到這一點(diǎn)，廠(chǎng)商也需要克服諸多物理局限。例如，我們需要在實(shí)現上述目標的同時(shí)提高內存性能、降低功耗并增大存儲密度。此外，還需要在生產(chǎn)成本和工藝制程之間做出平衡，既要提高生產(chǎn)良率還要保證質(zhì)量，為此美光推出了1α DRAM制程技術(shù)。 

為攻克這一挑戰，美光多管齊下。例如，在開(kāi)發(fā)1α DRAM制程技術(shù)時(shí)，美光比以前更大膽地使用新工藝，每一個(gè)環(huán)節都采用了最新和最好的材料，比如更好的導體、更好的絕緣體，并使用新的設備來(lái)沉積、修改或選擇性去除-蝕刻-這些材料。美光還采用了先進(jìn)的工具和新技術(shù)來(lái)解決設計環(huán)節的挑戰，以滿(mǎn)足結構性方面的要求。

此外，美光充分發(fā)揮了在垂直集成及納米制造技術(shù)方面的優(yōu)勢，運用晶圓廠(chǎng)、實(shí)驗室及合作伙伴所掌握的各種先進(jìn)工藝和創(chuàng )新技術(shù)來(lái)克服DRAM和NAND擴產(chǎn)中帶來(lái)的物理極限挑戰。 特別的，美光還大膽嘗試采用了新方法來(lái)開(kāi)發(fā)1α技術(shù)。比起墨守成規、坐等數據來(lái)證明新技術(shù)的有效性，美光在很早的時(shí)候就冒著(zhù)風(fēng)險大膽嘗試，繼而找出降低和規避風(fēng)險的方法。這種在工程技術(shù)和創(chuàng )新實(shí)力基礎上采用新方法的模式讓美光更好地實(shí)現了1α制程目標，同時(shí)為這些新方法應用于未來(lái)的節點(diǎn)中奠定了基礎。

如今，美光實(shí)現了在歷史上第一次同時(shí)擁有DRAM和NAND技術(shù)領(lǐng)先地位的高光時(shí)刻。這些成果得益于美光在過(guò)去幾年里的不懈努力，例如加速實(shí)現DRAM和NAND技術(shù)路線(xiàn)圖，并專(zhuān)心致志地研究?jì)却婧痛鎯夹g(shù)。