引言：拍出完美的照片、打網絡游戲、直播4K視頻和實現高階自動駕駛，都需要向處理器提供大量的圖像、視頻、游戲、5G和雷達數據。所有這些數據都會流經動態內存，需要強大、高效的內存來保證流暢的用戶體驗和實時安全性，高性能DDR對于充分發揮處理器的數據處理量，處理速度，算力具有關鍵的作用，為這些日益增長的數據密集型應用場景提供支持。DDR其實是一個很大的緩存器件，在系統運行期間用來短暫存儲文件數據，斷電后清空，所有這些數據都會流經內存，使得內存成為處理器的關鍵器件。

1.LPDDR4&LPDDR4X的特點

LPDDR4設備在命令/地址（CA）總線上使用2或4時鐘架構，以減少系統中的輸入引腳數量。6位CA總線包含命令、地址和存儲體信息，每個命令使用1、2或4個時鐘周期，在此期間，命令信息在時鐘的正沿上傳輸。

LPDDR4內存優化用于解決電池供電應用中的功耗問題，與DDR4相比，這些內存器件的峰值帶寬快33%，與標準DRAM相比，LPDDR4內存在待機模式下的功耗降低至1/5。這些內存器件采用多芯片封裝（MCP）和封裝體疊層（PoP）設計，可節省PCB空間。LPDDR4內存器件優化了x16、x32和x64配置，可為某些應用節省BOM。LPDDR4內存在性能、功耗、延遲和物理空間之間實現了完美平衡，因此非常節能，適合用于手持設備、電池供電應用和超便攜設備。

LPDDR4和LPDDR4X SDRAM是低壓存儲器器件，有2Gb、4Gb和8Gb密度可供選擇。這些器件具有低壓內核和I/O電源要求。LPDDR4和LPDDR4X SDRAM的時鐘頻率范圍為10MHz至1600MHz，每個I/O的數據速率高達3200Mbps。LPDDR4和LPDDR4X均具有可編程和“即時”突發長度的可編程讀寫延遲。

LPDDR4和LPDDR4X SDRAM采用雙數據速率架構，以實現高速運行。雙數據速率架構是一個16n預取架構，設有一個接口，設計用于在I/O引腳上每時鐘周期傳輸兩個數據字。這些器件以時鐘上升沿和下降沿為基準，提供完全同步的操作。這些數據路徑在內部被設計為流水線的形式，預取16n位，以實現非常高的帶寬。

2.LPDDR4&LPDDR4X的結構

圖10-1：LPDDR4/LPDDR4X內部結構

如圖10-1是LPDDR的內部結構，內部配置有1或2個通道的高速同步DRAM設備。每通道配置有8個內部組，可同時運行，每個通道的密度從1Gb到16Gb。雙通道由16個組組成，總裸片密度從2Gb到32Gb。

圖10-2：單die、單通道、單級方框圖（x16 I/O）

圖10-3：雙die、雙通道、單級封裝方框圖（x32 I/O）

3.LPDDR4&LPDDR4X的參數

低壓電源：LPDDR4: 1.8V（VDD1 = 1.70-1.95V）；LPDDR4X: 1.1V（VDD2 = 1.06-1.17V）

低壓I/O：LPDDR4: 1.1V（VDDQ = 1.06-1.17V）；LPDDR4X: 0.6V（VDDQ = 0.57-0.65V）

時鐘頻率范圍：10MHz至1866MHz，每I/O端口數據速率范圍：每I/O 20Mbps至3733Mbps。

16n預取DDR體系結構，多路復用、雙倍數據速率、命令/地址輸入，低功耗的移動功能，每通道8個內部存儲區，用于并行操作，便攜特性，可降低功耗，可編程讀寫延遲，可編程和動態突發長度（BL=16或32），片上溫度傳感器，實現高效自刷新控制，ZQ校準，可調驅動強度，部分陣列自刷新 (PASR)。

4.LPDDR5&LPDDR5X

LPDDR5進一步平衡了性能和功耗，可滿足不同類型SOC的工作負載和系統要求。LPDDR5 DRAM設計用于滿足5G網絡的需求，DRAM支持5G智能手機以高達6.4Gbps峰值速度處理數據，這對于防止5G數據瓶頸至關重要。LPDDR5 DRAM可以滿足這些要求，數據訪問速度提升50%，與前幾代產品相比，該器件的功效也增加20%以上。

5G網絡速度需要最大限度地提高處理能力以及實現高帶寬內存和存儲。12GB LPDDR5 DRAM存儲器，為消費者提供順暢、無滯后的體驗。利用更快的數據速度和更低的5G延遲來提高基于云的應用（如游戲和流媒體）的性能。

LPDDR5改進了整體DRAM設計，先進的工藝節點支持到16GB容量，數據速度為6.4Gbps。

5.LPDDR4/X&LPDDR5/X的工作過程和使用場景

LPDDR5提高性能和能效

LPDDR5擁有非常獨特的靈活性，不僅讓處理器擁有極高的性能和能效，出色的用戶體驗取決于向日益精密的處理器提供大量的圖像、視頻、游戲和5G數據，同時在內存中為操作系統留出足夠的空間來緩沖多任務應用程序，而且能在應用程序之間進行平滑的切換。

LPDDR5帶寬高達6400Mb/s——比LPDDR4X性能提升50%，提升5G和AI等性能，能效提高20%，LPDDR5 提供了將AI引擎直接嵌入處理器所需的速度和容量（高達16GB）。為避免5G數據瓶頸，LPDDR5支持SOC在四通道系統中以51.2GB/s的峰值帶寬處理數據，與LPDDR4相比，電源效率提升超過20%，因此蓄電場景續航時間更長。

了解內存在計算攝影、實時手游和4K視頻直播中的關鍵作用也很重要，這些應用場景依賴于快速有效地將數據提供給處理器，同時緩沖應用程序，以便實現無延遲的應用程序切換。

計算攝影

計算攝影需要大量的內存才能讓拍出完美的照片，如圖10-4的數據流，其實在點擊拍照按鈕之前，攝像頭已經拍攝了幾十張圖像，將其存儲在內存緩沖區中。當按下快門時，預留好的內存會將圖像傳輸到內置于處理器SoC中的人工智能引擎中，并在這個過程中與內存緩沖區中的圖像合并，從而拍出完美的照片。內存還存儲圖像，而圖像處理器使用圖像增穩、光校正、聚焦和其他技術來增強圖像。

圖10-4：計算攝影數據流

旗艦手機配備了多個攝像頭，包括廣角鏡頭和長焦鏡頭，LPPDR5提供了高帶寬和高容量，可以將來自多個不同圖像傳感器的圖像以足夠快的速度傳送給人工智能引擎，從而實現實時圖像處理，使這些攝像頭擁有更多的內存帶寬是拍攝完美照片的關鍵。當你點擊拍照按鈕時，數據就開始流動：傳感器將原始圖像移動到內存中，然后圖像信號處理器（ISP）借助人工智能引擎的圖像和場景識別功能處理內存中的原始圖像，隨后進行圖像壓縮和編碼。而LPDDR5內存加速傳輸了這些引擎所需的數據。

能夠以每秒60幀的速度錄制4K視頻，或以每秒30幀的速度錄制6K視頻旗艦手機為用戶配備了先進的攝影和AI功能，可以幫助業余攝影者拍攝出高質量、專業級的照片，而這些豐富的計算攝影功能只有通過LPDDR5內存才能得以實現，也就是在一次點擊后的幾毫秒內就可以完成繁重的處理任務。

4K視頻直播

隨著5G網絡的發展，4K視頻直播變得無處不在，LPDDR5提供的高帶寬能夠實現同時解碼多個4K視頻。大容量對于處理大型視頻文件以及為操作系統和緩沖應用程序留出內存空間也是非常必要的，此外5G數據流要求超低延遲，以防止用戶體驗出現任何卡頓。

如圖10-5數據流，手機上的直播類似于計算攝影，相應的傳感器、編碼器和人工智能引擎都需要高帶寬的管道，在這個過程中，所有視頻數據都會流經內存。

圖10-5：4K視頻直播數據流

一些旗艦手機可以提供4K/8K直播功能，同時在高刷新率顯示屏上以全分辨率實時預覽內容，進行音樂會、視頻播客和體育賽事直播都需要很高的內存帶寬，而分辨率、功能和軟件復雜性的不斷增加，對內存帶寬和容量提出了更高的要求。

游戲

如今玩家越來越多地在手機上玩圖形密集型游戲，對于這類游戲，LPDDR5既能為電池續航提供高能效，也能滿足高帶寬需求的高刷新率顯示屏、自定義控件、高分辨率音頻和多人游戲。

當啟動一個圖形密集型游戲時，可立即使用的數據從存儲加載到內存中，或者從網絡下載到內存中。然后SoC處理游戲數據以增強視覺和音頻體驗，玩家操作數據由SoC處理并存儲到內存緩沖中。在實時游戲中，信息通過5G網絡收發，內存緩沖被不斷更新。

圖10-6：手游數據流

復雜的手游需要高內存容量來加載實時游戲關卡，在手機屏幕開始顯示之前，游戲數據已傳輸通過了GPU管道路徑——頂點著色、光柵化、片段著色等等，所有這些都經由LPDDR5內存進行加速。

注重性能的游戲手機可以最大限度的使用帶寬，提供超高的屏幕分辨率、高幀率144Hz刷新率和300Hz觸摸采樣率。實現這些功能需要足夠的帶寬來處理內存中的游戲數據，以獲得最佳的視覺和音頻體驗，而5G網絡上的多人游戲則需要超低的延遲、平滑的渲染、最快的響應能力和高級畫質，這些高級工作負載需要更高的內存性能和更低的能耗，LPDDR5以高達6.4Gb/s的峰值速度處理數據，避免了5G數據瓶頸。

高階自動駕駛

支持高階自動駕駛的車輛，會配備多顆超高算力的芯片，接入的傳感器多種多樣，包括攝像頭、激光雷達、毫米波雷達、超聲波雷達。在高速行進中的車輛開啟自動駕駛功能時，處理器需要快速無延遲的處理每時刻涌入進來的不同類型的海量數據，快速進行算法解析，算法融合，場景實時更新，最后輸出控制邏輯。所有這些數據都會流經系統的動態內存，供處理器調用計算，由于車輛在高速行進中并且周圍環境在不斷變化，從環境感知到控制邏輯輸出中間的延遲要求極短，以此來保證車輛姿態調整的及時性，實現自動駕駛的高安全性。LPDDR5/X卓越的能效可在數據密集型應用程序中實現多任務處理，同時大大降低功耗。

圖10-7：高階自動駕駛數據流