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LPDDR5X,前進的不止是一小步

作者:時間:2022-09-06來源:EEPW收藏

很多人在談論的時候,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和LPDDR5的技術規格對比和實際表現測評,你會發現這一次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成為可能。

本文引用地址:http://www.danielliew.com/article/202209/437985.htm

性能帶動多應用變革

 

從JEDEC 發布的LPDDR5X和LPDDR5的標準文檔中我們可以清晰發現,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、深度學習等應用來說也許就是將以前的不可能變為現實的關鍵。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,這可以從各個層面上簡化處理器對LPDDR5X支持所需要的內存控制策略。

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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進行了更好的優化,從而能有效降低系統的整體功耗。針對LPDDR5X帶來的技術優勢能夠引發的應用層面突破,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,需要的數據量也越來越多,這些應用和用例可以充分利用LPDDR5X帶來的速率優勢,幫助AI引擎更迅速做出決策,更快速提煉出數據洞察。

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天璣 9000平臺下LPDDR5X的性能表現

 

作為LPDDR系列最大的應用領域,手機和便攜消費電子產品對功耗非常敏感,Ashish Ranjan談到LPDDR5X的功耗表現時介紹,業內通常用“一天使用情況”(DoU)的水平來測量功耗,根據智能手機每天執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,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同時也優化了功耗。如今電池技術已經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部分如果可以適當降低功耗,無疑對手機的整體續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網設備。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網應用。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進入白熱化,幾乎將智能手機的影像系統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更高的帶寬對于數據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,需要大量的數據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,研究的重點是在暗光環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。 發現,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,優勢可能無法充分發揮。

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AI的革命

 

每一代新的移動都釋放了實現更強大、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看4K視頻直播、玩更高級的游戲并進行人工智能計算成像?;谶@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/秒的高數據速率比上一代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據,從而實現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,實現這一點需要的是整個生態系統的努力,而不僅僅是內存方面的創新。通過移動生態系統各個方面的合作和創新,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,手機廠商開發出能利用這一新帶寬的終端設備,以及整個半導體行業的參與。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揮著不可或缺的作用。

 

情境感知

 

元宇宙概念的出現,讓情境感知成為重點關注的技術應用領域,LPDDR5X創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據后實現的。為了創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形式,數據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據的能力,能明顯提升用戶體驗。

 

助推自動駕駛

 

實現完全自動駕駛是汽車產業一直關注的終極愿景。由于兼具高性能和低功耗優點,LPDDR內存一直為車載信息娛樂系統和高級自動駕駛輔助系統(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:每秒萬億次執行次數),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。對電動汽車(EV)而言,節省電力就意味著一次充電后,汽車的續航里程可以被延長。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和數據密集型車載應用的出現,汽車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能以盡可能低的功耗高效地處理這些數據。

 

人們一直以來關注LPDDR 5或LPDDR 5X信號的完整性,這也是實現自動駕駛汽車上實際可行的計算平臺的重要一環,因為這些平臺要在極端傳輸速度下運行。與這些高性能SoC通信的系統總線現在正從傳統的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在已經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,包括符號間干擾(ISI)以及數據眼圖張開大小/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,并最終使這些復雜的、高總線寬度、高帶寬的內存子系統能變得實用。

 

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

 

工藝,內存技術優勢的基礎

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點,功耗效率自然會相應提升。美光的1α技術節點有助于生產更節能的內存解決方案,從而打造了業界最低功耗的LPDDR5X。

 

內存芯片廠商面臨的最大技術挑戰之一是必須持續縮小電路板面積,并升級技術節點(node),以此才能跟上整個行業高速發展的節奏和海量數據增長的需求。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,美光多管齊下。例如,在開發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節的挑戰,以滿足結構性方面的要求。

 

此外,美光充分發揮了在垂直集成及納米制造技術方面的優勢,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新技術來克服DRAM和NAND擴產中帶來的物理極限挑戰。 特別的,美光還大膽嘗試采用了新方法來開發1α技術。比起墨守成規、坐等數據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,繼而找出降低和規避風險的方法。這種在工程技術和創新實力基礎上采用新方法的模式讓美光更好地實現了1α制程目標,同時為這些新方法應用于未來的節點中奠定了基礎。

 

如今,美光實現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DRAM和NAND技術路線圖,并專心致志地研究內存和存儲技術。




關鍵詞: LPDDR5X 美光 存儲

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