5G SoC旗艦專享

DDR、LPDDR（LPDDRX）和GDDR都是由JEDEC（固態技術協會）定義的應用廣泛的DRAM標準，用于不同設備和使用場景（圖1）。

DDR內存

其中，DDR（DDRSDR AM）屬于內存的標準形態，主要用于電腦，通過DIMM（筆記本為SO-DIMM）插槽與主板連接（圖2）。目前，電腦領域正處于DDR4全面向D D R 5內存轉型的初期階段。

LPDDR內存

顧名思義，LPDDR（Low PowerDDR SDRAM）屬于低功耗版的DDR，在業內還常被稱為m DDR（MobileDDR SDR AM），擁有比同代DDR內存更低的功耗和更小的體積。它常被用于輕薄本（圖3）、智能電視、智能手機（圖4）以及車載領域。目前筆記本領域還是以LPDDR4X為主，手機則是LPDDR4X（中低端手機）和LPDDR5（高端手機）混搭。

GDDR顯存

GDDR在DDR的基礎上多了G（Graphics）的前綴，面向需要極高吞吐量的數據密集型應用程序，與我們最常接觸的就是獨立顯卡專用的“顯存”（圖6）。與DDR相比，GDDR擁有更高的時鐘頻率和更小的發熱量。目前，低端獨顯還在搭配GDDR5顯存，而中高端獨顯則已經全面過渡到了GDDR6和GDDR6X。

需要注意的是，別看GDDR已經迭代到了第六代，但無論第五代的GDDR5還是GDDR6其實都是在D D R 4 的基礎上進行開發的，在數據位寬等最影響顯卡性能表現的參數方面擁有遠超同期DDR表現。如今DDR與GDDR已經由類似從屬的關系，開始演變成兩套相對獨立的規范體系，分別根據自己的應用場景需求向前發展。

早期的LPDDR內存都是在DDR內存的基礎上演化而來，但從LPDDR4開始，它與DDR4之間的差異就被進一步拉大。LPDDR4通過2個16位通道組成32位總線，而DDR4則原生具備64位通道;LPDDR4的Prefetch預讀取位數為16bit，而DDR4只有8bit。在實際運算過程中，DDR4的性能利用率會更高，但LPDDR4卻可以用更低的功耗來獲取更高的理論性能。

LPDDR內存之所以耗電量比標準的DDR低，還因為它們的芯片封裝尺寸更小，而且能以較少的內存顆粒數量就組合出更高的內存容量，再疊加較短的內部連接電路，先天的省電優勢自然更加適用于移動應用環境。

從LPDDR4時代開始，還衍生出了LPDDR4X標準，它們都被廣泛應用于現行各種電子設備裝置，但是由于它們的名稱幾乎一模一樣而容易導致混淆。簡單來說，LPDDR4X并不是LPDDR4的下一代，我們可以將它視為LPDDR4X的進一步省電優化版本（圖7）。兩者的特性幾乎相同，但LPDDR4X的VDDQ電壓僅有0.6V，相比LPDDR4內存的VDDQ電壓1.1V，下降了幾乎一半，因此耗電量更小，更加適合智能手機和平板電腦這種需要更少耗電的移動設備。

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在2021年以前的PC領域，LPDDR4X內存是所有核顯筆記本的“最強搭檔”，因為LPDDR4X內存架構采用雙通道模式運作，提供了更短的資料傳輸距離，更降低了資料傳輸延遲與功耗，運行頻率最高可達4267MHz，遠超DDR4的3200MHz，所以可以100%釋放核顯的全部性能（圖8）。在智能手機領域，LPDDR4X已經是5G手機的標配，以驍龍780G/778G和天璣900為代表的中端芯片甚至開始支持LPDDR5內存標準（圖9）。

LPDDR5內存標準在2019年2月公布，并于2020年隨驍龍865移動平臺而正式量產，兩個時間節點均早于適用PC平臺的DDR5內存，讓智能手機體驗了一把“首發”和“獨占”的感覺。實際上，上一代的LPDDR4（LPDDR4X）也是搶在DDR4之前登陸消費者市場，可見智能手機的技術迭代速度在一定程度上已經超過了PC。

由于DDR5內存的Prefetch預讀取位數也升級到了16bit，所以它在幾乎所有性能指標上都要優于LPDDR5（圖10）。當然，功耗除外，DDR5的VDDQ電壓依舊是1.1V，而LPDDR5的VDDQ電壓則進一步下降到0.5V。

LPDDR5和LPDDR4X之別

和上代LPDDR4X相比，LPDDR5主要在3個方面進行了升級。首先，LPDDR4X僅支持SingleBankGroup模式，而LPDDR5則支持多BankGroup模式，我們可以將其理解為數據傳輸從單車道變成了多車道，進一步提升了傳輸數據帶寬;其次，LPDDR5的數據傳輸速率從4266MT/s先后提升至5500MT/s和6400MT/s（圖11），傳輸帶寬進一步增加;最后，LPDDR5的VDDQ電壓比LPDDR4X低0.1V，它還引入了DVFSC和DVFSQ功能，可在低速工作時切換至更低的0.3V電壓，進一步降低功耗。

問題來了，當手機內置了相同容量和速度的LPDDR5內存芯片，它們之間的性能就一定相同嗎？

答案自然是否定的。

以三星為例，它旗下的LPDDR5內存就包含2種工藝和3種容量的晶片版本，分別是D1y工藝的8Gb和12Gb，以及D1z工藝（采用極紫外EUV光刻技術）的12Gb和16Gb，新工藝可使晶片尺寸較前一代縮小約18%，功耗也略有降低（圖12）。此外，上述內存晶片的容量單位都是“Gb”，每顆8Gb、12G、16Gb晶片對應的實際容量分別為1GB、1.5GB和2GB。

智能手機內置的內存芯片看似只有1顆，但它其實是由多顆晶片堆疊封裝而來。以16GB的LPDDR5內存芯片為例，它既可以是由8顆D1y12Gb晶片和4顆D1y8Gb晶片封裝而成，也能直接由8顆D1z16Gb的晶片封裝，就性能表現顯然是后者更好，還能進一步降低發熱、減少功耗以及對手機內部空間的侵占。

LPDDR5X的變化

全新的LPDDR5X是JEDEC固態存儲協會在2021年7月底正式發布的內存標準，由JEDEC的JC-42.6低功耗存儲器小組委員會開發，這是對LPDDR5的可選擴展，專注于提高性能、功耗和靈活性，旨在提高包括5G通信性能、汽車高分辨率增強現實/虛擬現實和使用AI的邊緣計算等應用場景的內存性能。和現有的滿血版LPDDR5-6400內存相比，LPDDR5X有了以下3點改進：

1帶寬從6400MT/s增至8533MT/s;

2TX/RX均衡改善信號完整性;

3通過新的自適應刷新管理提高可靠性。

LPDDR5X向下兼容LPDDR5，簡化了SoC和支持新型內存平臺的開發周期，可在市場上共存和互補。需要注意的是，并不是所有的5GSoC都支持“滿血版”的LPDDR5X-8533內存，比如聯發科天璣9000暫時就僅支持LPDDR5X-7500，但即便如此，其性能也要比滿血版的LPDDR5-6400速度提升17%，延遲降低15%（圖13）。

目前，三星和美光都已經實現了LPDDR5X內存的量產。其中，三星的LPDDR5X采用14nmDRAM工藝，單晶片容量可達16Gb，最高可以組成高達64GB容量的規格（圖14），官方稱其能耗較LPDDR5降低了20%左右，旨在推動包括5G、AI、元宇宙在內的高速數據服務應用的進一步增長。

美光則比三星還要更快一步，它是業內首家送樣并驗證該款業界最快、最先進移動內存的半導體廠商，并已出貨首批基于1α節點的LPDDR5X樣片（7500MT/s版本），還在聯發科天璣9000平臺上完成了對美光LPDDR5XDRAM內存的驗證（圖15）。

至于三星和美光的LPDDR5X內存誰更強，這種全新的內存顆粒可以幫下一代旗艦級手機提升多少性能，還是需要等實際產品量產上市后才能做出準確判斷，一起期待吧。