從四通道到LPDDR4X重新認識手機內存

隨著高通驍龍835和聯發科Helio P20/X30的出現，一項名為LPDDR4X的內存技術浮出了水面。借著這個機會，讓我們再來仔細探究一番與手機內存相關的諸多技術吧。

內存的通道指數

提起“雙通道”，電腦玩家想必非常熟悉。單通道內存系統內置1個64bit的內存控制器，而雙通道內存的意義就是將2個64bit的內存控制器合并，實現128bit的內存位寬，從而在理論上把內存帶寬提高一倍（圖1）。然而，雙通道內存除了可以較為明顯地提升集成顯卡的性能，對獨立顯卡平臺的性能卻沒有多少增益效果。

在智能手機領域，雙通道內存的原理和電腦相似，而且可以換來更好看的跑分成績。以聯發科旗下的Helio P10和聯發科Helio X20為例，前者支持單通道LPDDR3-933MHz內存（圖2），后者支持雙通道LPDDR3-800MHz內存（圖3），二者在安兔兔測試中RAM內存的差距顯著。

在過去的很長一段時間，雙通道內存始終是高端處理器的專利，面向主流或低端市場的處理器則普遍僅支持單通道。好消息是，高通驍龍835將帶來對四通道內存模式的支持，在內存性能上將有進一步的提升。與此同時，無論是驍龍660還是聯發科的Helio P20，這些面向主流市場的手機處理器也將雙通道內存納入了標配功能。可以預見，智能手機內存距離大范圍的“脫單（通道）”不遠了。

重新認識LPDDR RAM

看到這里可能很多讀者都會冒出一個疑問：手機內存是LPDDR3或LPDDR4，它們和電腦領域的DDR3或DDR4有啥區別呢？

簡單來說，LPDDR RAM是“低功耗雙倍數據速率內存”的縮寫，與電腦領域的DDR3內存相比可以在帶來等效性能（速度）的同時，兼顧更少的能源消耗（省電）。在產品形態上，LPDDR RAM也是以顆粒性為主（圖4），可以直接焊在手機的主板上。

以LPDDR4和DDR4為例，LPDDR4的總線位寬要更小一些，所以前面提到的“等效性能”還是存在略微的縮水，但是與更小的功耗開銷相比，這點耗損也就可以接受了。畢竟對智能手機而言，更小的硬件功耗換來的可是實實在在的續航提升。

需要注意的是，LPDDR RAM并非是智能手機的“專利”，很多超輕薄筆記本（如新MacBook）和PC平板二合一設備（如Surface），它們也都采用了LPDDR3/LPDDR4規格的板載內存（圖5）。

全面進入LPDDR4時代

除了通道數量以外，工作頻率也是影響內存性能的關鍵參數。在LPDDR3時代，其工作頻率多以800MHz或933MHz為主，已經跟不上核心架構（如Cortex-A72/A73）升級的腳步了。于是，天生更快的LPDDR4內存便出現了，并一舉將工作頻率提升到了1600MHz甚至更高。

增加內存頻率雖然可以提升性能，但同時也會帶來更大的功耗，這不與智能手機領域追求更少能源消耗的硬件發展趨勢相悖嗎？沒錯，所以LPDDR4在提升頻率的同時，還將運行電壓從LPDDR3時代的1.2V下降到了1.1V，足以彌補頻率增加帶來的電量耗損。同時，LPDDR4還改進了低頻節能模式，手機可以在執行簡單后臺任務的同時將內存的時鐘頻率降下來，從而實現動態的節能效果。

正如引言所述，繼LPDDR4之后，“LPDDR4X”概念也伴隨著最新手機處理器出爐了。我們可以將LPDDR4X理解為LPDDR5之前的一個過渡技術，它最大的改進就是進一步提升了帶寬，工作電壓進一步降到了0.6V，從而實現了更高性能、更小功耗（圖6）。

好消息是，這一次LPDDR4X并非旗艦處理器的專利，像驍龍660和聯發科Helio P20這種主流級別的處理器同樣得以支持。只是，LPDDR4X在Helio P20身上屬于“可選功能”，它同時也支持單通道的LPDDR3，能否用上最新的LPDDR4X技術還得看廠商對產品的具體定位和成本預算。

手機內存的PoP能力

手機的身板很小，它的內部空間可謂寸土寸金。為了節省出更多的空間來安置更大的電池，PoP（元件堆疊裝配技術，Package on Package）封裝技術便浮出了水面。

支持PoP是手機內存的基本特性之一，通過這一技術就能將處理器芯片和內存芯片封裝（疊放）在一起。這樣做的好處有兩點，第一是兩個部件合二為一，減少了電路板上的空間占用，讓電路板可以縮小，騰出更多空間用于放置電池；第二則是處理器需要通過金屬引線頻繁訪問內存，疊放可以使得引線的長度最短，從而降低線路噪音、訪問延遲、電力損耗。

如今絕大多數手機都采用了PoP的方式，讓處理器和內存芯片玩起了疊羅漢的游戲，而且大都是處理器在下、內存在上（圖7）。理論上PoP封裝的內存和處理器芯片可以通過熱風槍將中間銜接的錫吹軟，再用鑷子鉗將它們分離開來。