LPDDR5和DDR5的区别

什么是DDR

DDR的英文全称:Double Data Rate Synchronous Dynamic Random Access Memory,翻译成中文就是:双倍数据率同步动态随机存取存储器,是不是感觉有点晕?没关系,这里我们用简称DDR SDRAM来表达更加清晰。

因为DDR SDRAM的全称读起来实在太麻烦了,所以我们在交流中就简化成DDR了。

在了解DDR SDRAM之前,有必要先了解一下它的前身–SDR SDRAM。SDRAM应该不用过多解释了,它是一种掉电易失的存储介质,通电时保存的数据一旦掉电则数据丢失,类似于微型的电容,必须不断保持通电才能维持电容电荷的平衡。

通俗来讲,就是我们常说的内存(很多人常说的手机内存512GB,实际上是不准确的,准确说法应该是手机闪存容量512GB,内存容量一般就12GB/16GB这种数量级)。

言归正传,SDR SDRAM中的SDR英文是Single Data Rate,单倍率数据率。下面通过一张图来理解SDR的含义:

从上面的图中,可以很清晰地看到:SDR单倍率,在某一个时钟周期内只能采样一次,也就是说一个时钟周期只能传输一次数据。所以,当时钟频率100Mhz时,它的数据传输率也只有100MT/s

而DDR双倍率,在某一个时钟周期内可以进行2次采样,也就是一个时钟周期可以进行2次数据传输。因此,当同样的时钟频率100Mhz时,它的数据传输率可以达到200MT/s

举个例子吧,走路速度相同的两个人二狗和铁蛋,二狗每次迈左腿就吃一颗糖果,铁蛋不管是迈左腿还是右腿都会吃一颗糖果,他们两都走完操场一圈,铁蛋因为吃了2倍于二狗的糖果,都快糖尿病了,而二狗却没事。

这里其实有个误区很多人可能没注意,即使是从事内存行业很久的人也可能搞错的。我们经常看到DDR4的内存条资料介绍写着:3200Mhz频率,实际上是不对的,因为是刚刚说的DDR双倍率的设计,所以DDR4内存的频率只有1600Mhz,而3200M指的是传输速率(Transfer Rate),建议用3200MT/s来表示就没问题了。

SDR SDRAM的生命周期也是相当久的,从三星在1993年发布其SDR SDRAM产品KM48SL2000开始,SDR SDRAM便得到了大量的使用。一直到2012年,DDR SDRAM才开始出现来代替SDR SDRAM,随后就是我们熟知的DDR2, DDR3, DDR4,DDR5等逐渐迭代的产品出现。

做过硬件设计的应该知道,提高时钟频率的代价实在是高,尤其是超过100Mhz之后,PCB电路板上每个小的过孔、电容、电阻在高速时钟下都不再存粹。过孔会产生干扰信号,电阻也会呈现出一定的电容特性,电容会呈现出一定电阻性质,整个世界变得复杂

所以,最小的代价是保持时钟频率不变,提高采样频率,就像从SDR 到DDR,甚至现在还有QDR,即每个时钟周期做4次采样,具体如何实现就不在这里赘叙了。

LPDDR和DDR区别

LPDDR,其实就是DDR SDRAM的前面加了两个英文单词:Low Power。没错,低功耗的DDR SDRAM

所以,可能会有读者会问,就只是相比DDR功耗低了而已吗?非也

LPDDR的特点很明显,低功耗、体积小。它主要的应用场合是各种智能手机、平板电脑、电视盒子、嵌入式设备等。

手机主板的LPDDR

DDR的用途,主要是用于电脑、服务器产品,最终的产品形态是以芯片贴片的方式,贴在各种DIMM内存条上,比如UDIMM、RDIMM、SODIMM等等。

位于RDIMM内存条上的DDR

目前JEDEC协会对LPDDR5 标准命名是JESD209-5。JEDEC规定了LPDDR5的数据率是6400MT/s,是LPDDR4的两倍,同时也比LPDDR4X的4266MT/s快了50%。

而同时期,主流的DDR5的数据率才4800MT/s,5600MT/s,以及尚未量产的6400MT/s。所以,相比于LPDDR的发展,DDR的发展其实稍微是滞后一些的,原因当然也很简单。

因为LPDDR的应用场合决定了,它的信号引脚和处理器的距离是很短的,比如智能手机,从LPDDR的信号引脚到手机处理器的最远距离,估计不会超过10cm。

相反地,在电脑和服务器主板中,DDR一般是以DIMM的形式贴在RDIMM和UDIMM的PCB上,从DDR的信号引脚到达DIMM插槽的距离可能就已经超过了10cm,然后从DIMM插槽到达处CPU处理器的距离也在10~15cm。而这种长距离的走线,极大地加剧了信号完整性设计的难度。

因此我们才看到,为什么长鑫这次首发的是LPDDR5而不是DDR5,因为DDR5要解决的信号完整性问题可没那么容易。

除了上面这些区别,还有一个关键的区别在于位宽,通常情况下,DDR的位宽是64位,而LPDDR的位宽是16位或32位,因为不同位宽,即使相同的时钟频率下,数据传输率也是完全不同的。

比如说,6400MT/s的LPDDR5相比于4800MT/s的DDR5,虽然6400M更高,但是因为位宽是32只有DDR5的一半,实际的数据传输率反而是4800M的DDR5更高。

另外,在数据读写延迟方面,也是DDR要更低一些,而且因为有大量的DDR要用于服务器产品中,因此会有企业级的DDR,更强调产品的稳定可靠,长期运行的高可用率

总结

所以,LPDDR5虽然也是DDR5,但是他们真的就不是同一类产品,不可以混为一谈。