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LPDDR5X,前进的不止是一小步

作者:时间:2022-09-06来源:EEPW收藏

很多人在谈论的时候,总是认为它只是LPDDR5同一代的改进产品,在各个指标方面的提升也不会很大,似乎没必要作为更换设备的考虑因素之一。但是如果你真的去仔细梳理一下和LPDDR5的技术规格对比和实际表现测评,你会发现这一次进步得真的不止一小步而已,更重要的是,这些进步可能带来让诸多热门应用在移动端的实现成为可能。

本文引用地址:/article/202209/437985.htm

性能带动多应用变革

 

从JEDEC 发布的LPDDR5X和LPDDR5的标准文档中我们可以清晰发现,从理论性能上,LPDDR5X 的 8533MT/s 比LPDDR5提升了 33%,这部分读取速度的提升对于人工智能、深度学习等应用来说也许就是将以前的不可能变为现实的关键。除了性能上的提升外,为了提高数据传输速率以及提高低功耗内存子系统的可靠性,LPDDR5X 引入了名为 pre-emphasis(预加重)的功能来提高信噪比(从而达成更高的频率和性能)并降低误码率以及自适应刷新管理,此外还有每引脚决策反馈均衡器,可以增强内存通道稳健性。两种内存颗粒的引脚完全兼容,这可以从各个层面上简化处理器对LPDDR5X支持所需要的内存控制策略。

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历代LPDDR系列的性能提升

 

除此之外,在内存库分组和可变电压方面,LPDDR5X进行了更好的优化,从而能有效降低系统的整体功耗。针对LPDDR5X带来的技术优势能够引发的应用层面突破,Micron Mobile Business Unit product manager Ashish Ranjan做了更为详细的阐述。他强调,LPDDR5X带来了更快的速率,更高的带宽和更低的延迟,这些全新的技术优势将有望在计算摄影和人工智能(AI)等应用领域大展拳脚。具体来说,对于那些需要大量处理数据的应用(比如夜间模式和人像模式摄影),特别是在后期处理阶段,搭载了LPDDR5X的应用将帮助智能手机用户获得更好的用户体验。随着AI引擎变得越来越复杂,需要的数据量也越来越多,这些应用和用例可以充分利用LPDDR5X带来的速率优势,帮助AI引擎更迅速做出决策,更快速提炼出数据洞察。

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天玑 9000平台下LPDDR5X的性能表现

 

作为LPDDR系列最大的应用领域,手机和便携消费电子产品对功耗非常敏感,Ashish Ranjan谈到LPDDR5X的功耗表现时介绍,业内通常用“一天使用情况”(DoU)的水平来测量功耗,根据智能手机每天执行的标准用例和任务情况,例如使用WiFi、玩游戏、待机、使用多媒体和相机等任务,通过合作伙伴一起的测试和分析得出LPDDR5X的功耗降低了20%。由于LPDDR5X性能提高,我们能更快速访问智能手机内部DRAM,从而能更快进入低功耗模式,带宽从6400Mpbs增加到8533Mbps同时也优化了功耗。如今电池技术已经成为智能手机性能提升最大的瓶颈,作为数据处理最常用的部分如果可以适当降低功耗,无疑对手机的整体续航将带来极大的提升。当然,他还特别提到LPDDR5X有可能在智能连接设备中被使用,例如可穿戴设备和物联网设备。LPDDR5X的高速率将有助于催生依赖于人工智能和机器学习工作负载(例如边缘计算机视觉)的高带宽接口的物联网应用。然而,这些类型设备中的绝大部分,例如可穿戴设备,其数据传输速率不高,并不需要LPDDR5X提供的高带宽,因此它们很可能无法充分利用LPDDR5X的性能。

 

影像的提升

 

影像是智能手机最常用的功能之一,国产手机近年来在影像方面的竞争已经进入白热化,几乎将智能手机的影像系统推到了无限接近入门级单反的程度。高像素和高分辨率对内存的要求越来越严格,LPPDR5X更高的带宽对于数据密集情况下多帧连拍会产生重大影响。例如,夜景模式下的摄影。 拍摄这种类型的视频,需要大量的数据处理才能选出正确的帧来获得完美的镜头序列,而具备高带宽、低延迟特点的LPDDR5X内存恰恰能满足这一需求,从而提高用户体验。在对LPDDR5X进行初始基准测试时,研究的重点是在暗光环境中拍摄照片和视频时如何改善用户体验,具体来说就是使用“夜景模式”时的表现。 发现,SoC会让智能手机内的算法保持不变。 然而,算法不变,加上使用相同的IP和相同的活动,IP、GPU和CPU都能利用LPDDR5X的更高内存性能,即使在暗光下图片和视频也能获得更高的分辨率。但如果算法改变,或使用不同的IP,则可能会影响夜景模式的功能,优势可能无法充分发挥。

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AI的革命

 

每一代新的移动都释放了实现更强大、更高效移动体验的潜力。移动AI应用其中一个瓶颈就是内存的性能。到2020年,LPDDR5 DRAM为5G智能手机带来了更高的内存性能,增加了向AI引擎提供大量数据所必需的内存带宽,并以足够快的速度处理数据,减少了数据瓶颈。更高的内存带宽有助于在手机上流畅观看4K视频直播、玩更高级的游戏并进行人工智能计算成像。基于这一性能基础,LPDDR5X将在各个应用市场的设备中解锁更多由AI和5G技术支持的功能。 LPDDR5高达8.533 Gb/秒的高数据速率比上一代LPDDR5快33%,能够提升如计算摄影等相关AI功能的体验。 更高的带宽又可以使SoC中的AI引擎更快地访问照片和视频,从而获得更快的拍摄速度并同时从多个摄像头获取视频。不仅如此,这种性能让智能手机能够更快地收集、处理和分析AI引擎上的智能手机数据,从而实现预测性洞察和情境感知。

 

就移动端和边缘端上AI应用的推理瓶颈而言,LPDDR5X凭借更高速的接口和更低的功耗有助于缓解这一瓶颈。然而,实现这一点需要的是整个生态系统的努力,而不仅仅是内存方面的创新。通过移动生态系统各个方面的合作和创新,LPDDR5X的性能和功耗将解锁全新AI和5G的潜力,例如,运营商建设和投资基础设施,手机厂商开发出能利用这一新带宽的终端设备,以及整个半导体行业的参与。所有这些参与者和贡献者在推动每个独立器件突破极限,释放AI和5G的全部潜力方面都发挥着不可或缺的作用。

 

情境感知

 

元宇宙概念的出现,让情境感知成为重点关注的技术应用领域,LPDDR5X创新性地支持情境感知这一全新用例。情境感知是通过智能手机在我们身边源源不断收集和分析各种数据后实现的。为了创造更有预见性和洞察力的用户体验,LPDRAM要快速存储大量的数据,然后传送到智能手机的AI引擎中,从而获取数据洞察,改善我们的日常生活。例如,如果你要与朋友共进午餐,可以根据短信或电子邮件的信息立即生成日历提醒,并预订你最喜欢的餐厅,然后安排一辆车在合适的时间来接你,准时到达你的午餐地点。 这就是情境感知的表现形式,数据从各种来源被收集然后进行处理。有了LPDDR5X的高速率,智能手机就成为人们的移动伴侣,帮助解锁更多前所未有的移动体验。 一般来说,更高的带宽能带来更丰富的情境体验。随着应用和用户体验不断提升,终端用户对8K视频、超流畅和响应灵敏的应用需求越来越大。而LPDDR5X具有高带宽和快速有效地处理数据的能力,能明显提升用户体验。

 

助推自动驾驶

 

实现完全自动驾驶是汽车产业一直关注的终极愿景。由于兼具高性能和低功耗优点,LPDDR内存一直为车载信息娱乐系统和高级自动驾驶辅助系统(ADAS)所青睐。虽然高内存带宽在这些应用中必不可少,L3 级别ADAS的计算性能可以使处理速度达到1000 TOPS(TOPS:每秒万亿次执行次数),但功耗始终是一个重要的考虑因素,而这也是为什么在汽车行业LPDDR内存占主导,而非DDR内存。对于传统的内燃机而言,使用LPDDR内存而节省的功耗最终能减少尾气排放。对电动汽车(EV)而言,节省电力就意味着一次充电后,汽车的续航里程可以被延长。再者,电动汽车消费者常常感到 “里程焦虑” ——汽车充电后可行驶多少距离,由此,续航里程是一个很重要的考虑因素。

 

为支持更高级别的自动驾驶技术,所使用的软件也越来越多,随之而来对带宽的需求也不断增加,因此,兼具最佳功耗和最高性能的内存也变得越来越重要。LPDDR5X的高速率尤其适合智能汽车,因为随着ADAS和数据密集型车载应用的出现,汽车需要处理海量的数据,从而确保1000TOPS以上算力的处理引擎能连续不断地接收数据。而LPDDR5X的高数据速率和节能性使汽车能以尽可能低的功耗高效地处理这些数据。

 

人们一直以来关注LPDDR 5或LPDDR 5X信号的完整性,这也是实现自动驾驶汽车上实际可行的计算平台的重要一环,因为这些平台要在极端传输速度下运行。与这些高性能SoC通信的系统总线现在正从传统的128位总线宽度扩展到256位(甚至更高),I/O切换速度也从4.2 Gb/秒增加到8.5 Gb/每秒。由于这些总线都基于单端I/O信号,而单端I/O信号通常不如差分信号宽容,因此面临的挑战更大,这些线路速率类型上的差别使差分信号在某种程度上成为了主流。历史上的二级和三级效应现在已经成为不可忽视的一级效应。在这些总线宽度和线路速率下同时切换会带来重大的挑战,包括符号间干扰(ISI)以及数据眼图张开大小/单位间隔(UI)的显著减少。重点关注信号完整性的几个关键特性,包括引入决策反馈均衡(DFE)来专门解决这些真正的挑战,并最终使这些复杂的、高总线宽度、高带宽的内存子系统能变得实用。

 

随着LPDDR5X的出现,汽车行业有望开发出一种极高性能、更低功耗的解决方案,这将在实现完全自动驾驶方面发挥重要作用。

 

工艺,内存技术优势的基础

LPDDR5X在取得更高带宽和更快速率的同时,降低了系统的整体功耗,除了在技术标准上的革新外,使用更先进的工艺节点,功耗效率自然会相应提升。美光的1α技术节点有助于生产更节能的内存解决方案,从而打造了业界最低功耗的LPDDR5X。

 

内存芯片厂商面临的最大技术挑战之一是必须持续缩小电路板面积,并升级技术节点(node),以此才能跟上整个行业高速发展的节奏和海量数据增长的需求。但要做到这一点,厂商也需要克服诸多物理局限。例如,我们需要在实现上述目标的同时提高内存性能、降低功耗并增大存储密度。此外,还需要在生产成本和工艺制程之间做出平衡,既要提高生产良率还要保证质量,为此美光推出了1α DRAM制程技术。 

 

为攻克这一挑战,美光多管齐下。例如,在开发1α DRAM制程技术时,美光比以前更大胆地使用新工艺,每一个环节都采用了最新和最好的材料,比如更好的导体、更好的绝缘体,并使用新的设备来沉积、修改或选择性去除-蚀刻-这些材料。美光还采用了先进的工具和新技术来解决设计环节的挑战,以满足结构性方面的要求。

 

此外,美光充分发挥了在垂直集成及纳米制造技术方面的优势,运用晶圆厂、实验室及合作伙伴所掌握的各种先进工艺和创新技术来克服DRAM和NAND扩产中带来的物理极限挑战。 特别的,美光还大胆尝试采用了新方法来开发1α技术。比起墨守成规、坐等数据来证明新技术的有效性,美光在很早的时候就冒着风险大胆尝试,继而找出降低和规避风险的方法。这种在工程技术和创新实力基础上采用新方法的模式让美光更好地实现了1α制程目标,同时为这些新方法应用于未来的节点中奠定了基础。

 

如今,美光实现了在历史上第一次同时拥有DRAM和NAND技术领先地位的高光时刻。这些成果得益于美光在过去几年里的不懈努力,例如加速实现DRAM和NAND技术路线图,并专心致志地研究内存和存储技术。




关键词: LPDDR5X 美光 存储

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