LPDDR5X，前進的不止是一小步

很多人在談論LPDDR5X的時候，總是認為它只是LPDDR5同一代的改進產品，在各個指標方面的提升也不會很大，似乎沒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的技術規(guī)格對比和實際表現(xiàn)測評，你會發(fā)現(xiàn)這一次LPDDR5X進步得真的不止一小步而已，更重要的是，這些進步可能帶來讓諸多熱門應用在移動端的實現(xiàn)成為可能。

性能帶動多應用變革

從JEDEC 發(fā)布的LPDDR5X和LPDDR5的標準文檔中我們可以清晰發(fā)現(xiàn)，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、深度學習等應用來說也許就是將以前的不可能變?yōu)楝F(xiàn)實的關鍵。除了性能上的提升外，為了提高數(shù)據(jù)傳輸速率以及提高低功耗內存子系統(tǒng)的可靠性，LPDDR5X 引入了名為 pre-emphasis（預加重）的功能來提高信噪比（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(wěn)健性。兩種內存顆粒的引腳完全兼容，這可以從各個層面上簡化處理器對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進行了更好的優(yōu)化，從而能有效降低系統(tǒng)的整體功耗。針對LPDDR5X帶來的技術優(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帶來了更快的速率，更高的帶寬和更低的延遲，這些全新的技術優(yōu)勢將有望在計算攝影和人工智能（AI）等應用領域大展拳腳。具體來說，對于那些需要大量處理數(shù)據(jù)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獲得更好的用戶體驗。隨著AI引擎變得越來越復雜，需要的數(shù)據(jù)量也越來越多，這些應用和用例可以充分利用LPDDR5X帶來的速率優(yōu)勢，幫助AI引擎更迅速做出決策，更快速提煉出數(shù)據(jù)洞察。

天璣 9000平臺下LPDDR5X的性能表現(xiàn)

作為LPDDR系列存儲最大的應用領域，手機和便攜消費電子產品對功耗非常敏感，Ashish Ranjan談到LPDDR5X的功耗表現(xiàn)時介紹，業(yè)內通常用“一天使用情況”（DoU）的水平來測量功耗，根據(jù)智能手機每天執(zhí)行的標準用例和任務情況，例如使用WiFi、玩游戲、待機、使用多媒體和相機等任務，美光通過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，我們能更快速訪問智能手機內部DRAM，從而能更快進入低功耗模式，帶寬從6400Mpbs增加到8533Mbps同時也優(yōu)化了功耗。如今電池技術已經(jīng)成為智能手機性能提升最大的瓶頸，作為數(shù)據(jù)處理最常用的存儲部分如果可以適當降低功耗，無疑對手機的整體續(xù)航將帶來極大的提升。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于人工智能和機器學習工作負載（例如邊緣計算機視覺）的高帶寬接口的物聯(lián)網(wǎng)應用。然而，這些類型設備中的絕大部分，例如可穿戴設備，其數(shù)據(jù)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，國產手機近年來在影像方面的競爭已經(jīng)進入白熱化，幾乎將智能手機的影像系統(tǒng)推到了無限接近入門級單反的程度。高像素和高分辨率對內存的要求越來越嚴格，LPPDR5X更高的帶寬對于數(shù)據(jù)密集情況下多幀連拍會產生重大影響。例如，夜景模式下的攝影。 拍攝這種類型的視頻，需要大量的數(shù)據(jù)處理才能選出正確的幀來獲得完美的鏡頭序列，而具備高帶寬、低延遲特點的LPDDR5X內存恰恰能滿足這一需求，從而提高用戶體驗。在對LPDDR5X進行初始基準測試時，美光研究的重點是在暗光環(huán)境中拍攝照片和視頻時如何改善用戶體驗，具體來說就是使用“夜景模式”時的表現(xiàn)。 美光發(fā)現(xiàn)，SoC會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，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，則可能會影響夜景模式的功能，優(yōu)勢可能無法充分發(fā)揮。

AI的革命

每一代新的移動存儲都釋放了實現(xiàn)更強大、更高效移動體驗的潛力。移動AI應用其中一個瓶頸就是內存的性能。到2020年，LPDDR5 DRAM為5G智能手機帶來了更高的內存性能，增加了向AI引擎提供大量數(shù)據(jù)所必需的內存帶寬，并以足夠快的速度處理數(shù)據(jù)，減少了數(shù)據(jù)瓶頸。更高的內存帶寬有助于在手機上流暢觀看4K視頻直播、玩更高級的游戲并進行人工智能計算成像。基于這一性能基礎，LPDDR5X將在各個應用市場的設備中解鎖更多由AI和5G技術支持的功能。 LPDDR5高達8.533 Gb/秒的高數(shù)據(jù)速率比上一代LPDDR5快33%，能夠提升如計算攝影等相關AI功能的體驗。 更高的帶寬又可以使SoC中的AI引擎更快地訪問照片和視頻，從而獲得更快的拍攝速度并同時從多個攝像頭獲取視頻。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(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)預測性洞察和情境感知。

就移動端和邊緣端上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，實現(xiàn)這一點需要的是整個生態(tài)系統(tǒng)的努力，而不僅僅是內存方面的創(chuàng)新。通過移動生態(tài)系統(tǒng)各個方面的合作和創(chuàng)新，LPDDR5X的性能和功耗將解鎖全新AI和5G的潛力，例如，運營商建設和投資基礎設施，手機廠商開發(fā)出能利用這一新帶寬的終端設備，以及整個半導體行業(yè)的參與。所有這些參與者和貢獻者在推動每個獨立器件突破極限，釋放AI和5G的全部潛力方面都發(fā)揮著不可或缺的作用。

情境感知

元宇宙概念的出現(xiàn)，讓情境感知成為重點關注的技術應用領域，LPDDR5X創(chuàng)新性地支持情境感知這一全新用例。情境感知是通過智能手機在我們身邊源源不斷收集和分析各種數(shù)據(jù)后實現(xiàn)的。為了創(chuàng)造更有預見性和洞察力的用戶體驗，LPDRAM要快速存儲大量的數(shù)據(jù)，然后傳送到智能手機的AI引擎中，從而獲取數(shù)據(jù)洞察，改善我們的日常生活。例如，如果你要與朋友共進午餐，可以根據(jù)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，然后安排一輛車在合適的時間來接你，準時到達你的午餐地點。 這就是情境感知的表現(xiàn)形式，數(shù)據(jù)從各種來源被收集然后進行處理。有了LPDDR5X的高速率，智能手機就成為人們的移動伴侶，幫助解鎖更多前所未有的移動體驗。 一般來說，更高的帶寬能帶來更豐富的情境體驗。隨著應用和用戶體驗不斷提升，終端用戶對8K視頻、超流暢和響應靈敏的應用需求越來越大。而LPDDR5X具有高帶寬和快速有效地處理數(shù)據(jù)的能力，能明顯提升用戶體驗。

助推自動駕駛

實現(xiàn)完全自動駕駛是汽車產業(yè)一直關注的終極愿景。由于兼具高性能和低功耗優(yōu)點，LPDDR內存一直為車載信息娛樂系統(tǒng)和高級自動駕駛輔助系統(tǒng)（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：每秒萬億次執(zhí)行次數(shù)），但功耗始終是一個重要的考慮因素，而這也是為什么在汽車行業(yè)LPDDR內存占主導，而非DDR內存。對于傳統(tǒng)的內燃機而言，使用LPDDR內存而節(jié)省的功耗最終能減少尾氣排放。對電動汽車（EV）而言，節(jié)省電力就意味著一次充電后，汽車的續(xù)航里程可以被延長。再者，電動汽車消費者常常感到 “里程焦慮” ——汽車充電后可行駛多少距離，由此，續(xù)航里程是一個很重要的考慮因素。

為支持更高級別的自動駕駛技術，所使用的軟件也越來越多，隨之而來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越重要。LPDDR5X的高速率尤其適合智能汽車，因為隨著ADAS和數(shù)據(jù)密集型車載應用的出現(xiàn)，汽車需要處理海量的數(shù)據(jù)，從而確保1000TOPS以上算力的處理引擎能連續(xù)不斷地接收數(shù)據(jù)。而LPDDR5X的高數(shù)據(jù)速率和節(jié)能性使汽車能以盡可能低的功耗高效地處理這些數(shù)據(jù)。

人們一直以來關注LPDDR 5或LPDDR 5X信號的完整性，這也是實現(xiàn)自動駕駛汽車上實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(tǒng)總線現(xiàn)在正從傳統(tǒng)的128位總線寬度擴展到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(zhàn)更大，這些線路速率類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(xiàn)在已經(jīng)成為不可忽視的一級效應。在這些總線寬度和線路速率下同時切換會帶來重大的挑戰(zhàn)，包括符號間干擾（ISI）以及數(shù)據(jù)眼圖張開大小/單位間隔（UI）的顯著減少。重點關注信號完整性的幾個關鍵特性，包括引入決策反饋均衡（DFE）來專門解決這些真正的挑戰(zhàn)，并最終使這些復雜的、高總線寬度、高帶寬的內存子系統(tǒng)能變得實用。

隨著LPDDR5X的出現(xiàn)，汽車行業(yè)有望開發(fā)出一種極高性能、更低功耗的解決方案，這將在實現(xiàn)完全自動駕駛方面發(fā)揮重要作用。

工藝，內存技術優(yōu)勢的基礎

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

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

為攻克這一挑戰(zhàn)，美光多管齊下。例如，在開發(fā)1α DRAM制程技術時，美光比以前更大膽地使用新工藝，每一個環(huán)節(jié)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，并使用新的設備來沉積、修改或選擇性去除-蝕刻-這些材料。美光還采用了先進的工具和新技術來解決設計環(huán)節(jié)的挑戰(zhàn)，以滿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方面的優(yōu)勢，運用晶圓廠、實驗室及合作伙伴所掌握的各種先進工藝和創(chuàng)新技術來克服DRAM和NAND擴產中帶來的物理極限挑戰(zhàn)。 特別的，美光還大膽嘗試采用了新方法來開發(fā)1α技術。比起墨守成規(guī)、坐等數(shù)據(jù)來證明新技術的有效性，美光在很早的時候就冒著風險大膽嘗試，繼而找出降低和規(guī)避風險的方法。這種在工程技術和創(chuàng)新實力基礎上采用新方法的模式讓美光更好地實現(xiàn)了1α制程目標，同時為這些新方法應用于未來的節(jié)點中奠定了基礎。

如今，美光實現(xiàn)了在歷史上第一次同時擁有DRAM和NAND技術領先地位的高光時刻。這些成果得益于美光在過去幾年里的不懈努力，例如加速實現(xiàn)DRAM和NAND技術路線圖，并專心致志地研究內存和存儲技術。