2020年5G旗艦手機的標配是什么?密密麻麻的攝像頭,,人工智能芯片,,Wi-Fi6技術(shù),屏下指紋識別,?最近手機廠商紛紛開麥,,表示LPDDR5必須有姓名。 LPDDR,,全稱Low Power Double Data Rate,,是美國JEDEC固態(tài)技術(shù)協(xié)會面向低功耗內(nèi)存而制定的通信標準。而LPDDR5,,作為當下最新的內(nèi)存標準,,聽起來似乎沒毛病。 畢竟什么億級像素,、4K高清視頻,、VR游戲等等各種炫酷的5G創(chuàng)新應(yīng)用和交互,都需要高通量的數(shù)據(jù)讀寫與存儲空間來支撐,。 而一個有意思的現(xiàn)象是,,內(nèi)存升級往往是上游制造商主動發(fā)布新硬件,比如三星公司(Samsung)正在大力宣傳其最新的LPDDR5智能手機,,聲稱為5G和AI智能手機做好了準備,,而不是被動等待市場的自主進化與選擇。 相繼在存儲上做文章的手機廠商,,又在其中扮演了何種角色呢,? 5G時代的內(nèi)存和閃存, 需要怎樣的超能力,? “請問怎么樣才算對手機存儲入門了,?” “很簡單,,你只要把DRAM,、NAND、LPDDR3,、LPDDR4,、LPDDR4x,、LPDDR5、eMMC,、UFC,、uMCP等都學一遍,就算了解了一點皮毛吧,?!?/p> 觀看數(shù)個小時的手機發(fā)布會,小朋友,,你是否有很多問號,?? 所以,,我們今天就試圖抽絲剝繭地解釋這個問題,。 我們知道,智能手機的內(nèi)存管理機制和電腦的工作流程其實是差不多的,。 閃存ROM就像是一個巨大的蓄水池,,里面存儲的都是可以長期存在的資源,拍下的照片,、下載的視頻,、收發(fā)的文檔等等,都保存在這里,。 如果說閃存ROM突顯的是家大業(yè)大的“富有感”,,那么閃存RAM就像是家門口的大馬路,是手機芯片和數(shù)據(jù)之間的橋梁,,人類發(fā)出的程序和指令都要通過內(nèi)存發(fā)送給處理器(高性能芯片)進行運算,,進而再將處理好的數(shù)據(jù)傳送回去。越寬敞的馬路,,自然更容易獲得“主播帶你上高速”的爽感,。 智能手機的豐富功能,也讓內(nèi)存必須實現(xiàn)“多車道通行”,,也就是多任務(wù)同時運行的能力,。“清障功能”也必不可少,,一旦發(fā)現(xiàn)有任務(wù)在道路上停留占道,,防止其他應(yīng)用順滑運行,自然也要想辦法關(guān)閉它,。這也是許多“XX管家”清理功能所干的事兒,。 那么,5G的到來,又給手機內(nèi)存帶來了哪些新的挑戰(zhàn)呢,? 首先,,是“流量”的增大。5G有著更高的容量和更快的速度,,需要處理器完成對內(nèi)存數(shù)據(jù)大通量吞吐的要求,。 像是4K視頻傳輸、傳感器交互,、智能汽車等AI級能力,,內(nèi)存的寫入和讀取效率都直接決定著用于體驗。 其次,,為了保證快速的響應(yīng)時間,,5G開始應(yīng)用分布式計算,很多數(shù)據(jù)處理也被從中心網(wǎng)絡(luò)下放到了邊緣處理器,。尤其是對任務(wù)低時延的考驗,,在線游戲、人工現(xiàn)實(AR)和虛擬現(xiàn)實(VR),、自動駕駛,,甚至遠程手術(shù)等等。 因此內(nèi)存也開始需要考慮對異構(gòu)數(shù)據(jù)的處理能力,,即附加各種計算元素的需求,,讓其走到哪里都能夠為高性能處理器提供充沛、通暢的“原料”,。 最后,,對內(nèi)存能耗的管理效率也需要提升。手機外殼,、電池可以維修和更換,,但內(nèi)存卻必須擁有高持久性和安全性,至少在換機周期內(nèi)必須足夠堅強,。 而當5G與4G融合時,,各種傳輸點、傳輸塔和其他網(wǎng)絡(luò)鏈路之間的通信,,也增加了對閃存,、內(nèi)存等關(guān)鍵元件在耐用性、耐溫性等方面的要求,。 因為5G流媒體傳輸會攜帶更多的數(shù)據(jù)(比如高質(zhì)量的視頻),,這就要求內(nèi)存到閃存之前要緩沖的幀數(shù)就越多。一些復雜的智能推斷任務(wù),,也需要更高級別的帶寬,,將直接導致壓力和損耗,降低內(nèi)存的壽命。 沒有用戶會愿意購買一臺先天壽命短暫的手機,。所以,內(nèi)存的發(fā)展勢必會朝著帶寬更大,、功耗更低的方向發(fā)展,。 內(nèi)存向何處進化?1+1+1>3的路線圖 既然內(nèi)存是5G手機的壓力源,,那么直接拉升內(nèi)存的技術(shù)高度行不行呢,? 近期被不少手機品牌稱為“5G時代旗艦機標配”的LPDDR5,就是在這一指導思想下誕生的,。 智能手機通常會會應(yīng)用最新標準的LPDDR產(chǎn)品,,按目前的進展也就是第五代LPDDR5;而一些對性能需求不太高的汽車內(nèi)嵌存儲,、臺式機等等則可以滯后一點,,應(yīng)用成本較低的LPDDR4、LPDDR3等,。 相較上一代LPDDR4標準,,2019年2月發(fā)布的LPDDR5,支持多Bank Group模式,,相當于數(shù)據(jù)傳輸從單車道變?yōu)槎嘬嚨?,增加更多的并行?shù)據(jù)通路,因此其I/O速度從3200MT/s提升到6400MT/s,,直接翻了一倍,。 如果匹配高端智能機常見的64bit BUS,每秒可以傳送51.2GB數(shù)據(jù)(相當于12部全高清電影),。大家品品,,這才是與5G手機相匹配的內(nèi)存嘛? 除了性能更高之外,,到了LPDDR5這一代,,其功耗管理水平也提升了。 中國三星官方微博宣稱,,相同工作速率下,,LPDDR5 比 LPDDR4x 功耗節(jié)省14%。美光也對外表示,,其量產(chǎn)的LPDDR5可以讓手機續(xù)航時間延長5%到10%,。 另外,LPDDR5 引入了數(shù)據(jù)復制(Data-Copy)和寫X(Write-X),,可以將單個陣腳的數(shù)據(jù)直接復制到其它針腳,,依靠出色的數(shù)據(jù)傳輸速率提升,可以通過高速運轉(zhuǎn)來充分釋放處理器的性能,讓它以更快的速度處理數(shù)據(jù),,從而更早地進入“睡眠模式”,,也就不用長時間、高負荷地工作,。 Write-X則減少了SoC芯片和RAM傳遞數(shù)據(jù)時的耗電,,這樣,就讓折疊屏等大尺寸,、多任務(wù)的高頻交互協(xié)作在終端成為可能,,而不會給手機功耗控制帶來過大的壓力。 所以,,由于LPDDR5能以“零時差”的時間來完成數(shù)據(jù)的處理并且存儲,,因此在同時運行視頻、游戲,、屏幕分享等多個應(yīng)用時,,其反應(yīng)也更加從容,從而得以解決卡頓,、黑屏等問題,。 既然如此,是不是所有內(nèi)存卡都升級成LPDDR5就行了呢,?當然不是,。三星從2015年開始向LPDDR5過渡,五年時間才推出了第一代相應(yīng)終端,,就足以說明問題,。 這就要提到第二個限制手機存儲能力進化的技術(shù),那就是閃存,。 大家可能會說,,閃存不就是一個存放數(shù)據(jù)的憨憨倉庫嗎,把它做大,,做得比友商還大,,不就行了? 但問題是,,閃存和內(nèi)存是一套基礎(chǔ)建設(shè),,修好了八通道的高速路,但倉庫的進出庫只靠一個行動遲緩的管理員,,是不是有點違和了,? 所以,從2011年就開始在手機上應(yīng)用的eMMC閃存,,全稱embedded Multi Media Card,,即“嵌入式多媒體存儲卡”,,一種大規(guī)模應(yīng)用在手機或平板電腦等產(chǎn)品的內(nèi)嵌式存儲器標準規(guī)格,自然也要跟著發(fā)生進化,。 從2016年開始,,手機處理器開始支持另一種標準——通用閃存存儲,Universal Flash Storage,,簡稱UFS,。此后,UFS就開始出現(xiàn)在一眾高端旗艦手機當中,。目前最新的UFS 3.0,單通道帶寬可達11.6Gbps,,已經(jīng)相繼搭載在三星Note10,、魅族16T、iQOO Neo 855等硬件中,。 二者的區(qū)別在哪里呢,? 簡而言之,eMMC閃存是基于并行數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)打造,,同一時刻只能執(zhí)行讀或者寫,,所以傳輸比較慢;而UFS則基于串行數(shù)據(jù)傳輸技術(shù),,每次只有兩個數(shù)據(jù)通道,,傳輸時速吊打eMMC。所以在安裝和打開大型游戲或應(yīng)用時,,UFS 2.1的耗時都更短,。 所以很多時候LPDDR5常常會和UFS一起出現(xiàn)。 不過,,UFS的終端優(yōu)勢釋放,,自然也要依靠整體硬件的改變來展現(xiàn)。 這就不得不提到第三個限制技術(shù)——uMCP,。 MCP全稱是Multi Chip Package 多芯片封裝,,能夠簡化PCB板的結(jié)構(gòu),從而讓設(shè)計,、組裝,、測試良率都得以提高。 上一代的封裝技術(shù)eMCP,,是將eMMC和低功耗DRAM兩顆芯片高度集成,,從而直接降低手機成本,縮短出貨周期,,可以說為中低檔智能手機的普及做出了不少貢獻,。 既然是成本神器,,符合5G手機全面普及的訴求,又順應(yīng)UFS繼承eMMC的趨勢,,所以新的封裝技術(shù)uMCP,,自然也就取代了eMCP,開始上位了,。 (三星宣布量產(chǎn)首批12GB LPDDR4X uMCP芯片) uMCP結(jié)合LPDDR和UFS,,不僅具有高性能和大容量,同時比PoP封裝+分立式eMMC或UFS的解決方案,,占用的空間減少了40%,。 三星為中端市場推出的12GB uMCP 解決方案,就將顆 24Gb LPDDR4X 芯片與eUFS 3.0 NAND 閃存結(jié)合到一個封裝中,,突破了目前的 8GB 封裝限制,,可以讓中端智能手機也感受到AI功能、4K視頻等前沿能力,。不久前,,又宣布交付全球首款量產(chǎn)應(yīng)用于高端智能手機的LPDDR5 DRAM 芯片。 不過就在3月11日,,三星被美光截胡了,,后者打造了業(yè)界首個LPDDR5 DRAM和UFS閃存相結(jié)合的多芯片封裝(uMCP),速度可達6400Mbps,,比前一代接口性能提高50%,。 這被看做為解決5G數(shù)據(jù)瓶頸起到至關(guān)重要的作用,比如IHS Markit董事邁克爾楊(Michael Yang)就聲稱,,美光科技的uMCP滿足了包括5G在內(nèi)的智能手機當前和新興的需求,。 所以說,隨著未來10年5G網(wǎng)絡(luò)的建成和普及,,以及智能邊緣設(shè)備的增長,,從可視門鈴到自動駕駛汽車,都將刺激對內(nèi)存和存儲的更多需求,。根據(jù)客戶的需求趨勢判斷,,美光認為2020年,智能手機的平均容量將達到5GB的DRAM和120GB的 NAND,。 而uMCP,,則是LPDDR5+UFS在5G時代的理想解決方案,三者相結(jié)合,,才能真的讓5G手機體驗上升到一個新臺階,。 LPDDR5獨領(lǐng)風騷, 5G存儲變革卻還在云山之外 既然5G手機在存儲方面的表現(xiàn),,要靠多重技術(shù)的全面迭代,,所以我們說,,不能看到LPDDR5就自動聯(lián)想到“5G旗艦”,因為實在是言之過早了,。 究其原因,,主要跟新技術(shù)標準普及所必然面對的瓶頸有關(guān)。 首先,,應(yīng)用了LPDDR5的uMCP芯片,,生產(chǎn)難度增大,所以生產(chǎn)成本和采購成本都比較高,,更適合運用在追求效能的頂級旗艦機種,。 2月12日,三星發(fā)布的新一代旗艦智能手機Galaxy S20系列,,內(nèi)存就搭載了全球首發(fā)LPDDR5,, 5G版本為12GB LPDDR5 RAM。美光LPDDR5采用的是1Y nm光刻技術(shù),,基于UFS的多芯片封裝(uMCP5)技術(shù)應(yīng)用于智能手機,。具體表現(xiàn)如何,,還有待市場檢驗,。 此外,為了滿足更大內(nèi)存,、閃存的需求,,就需要更強悍的“芯臟”處理器,以及更大的電池容量,,來保證足夠的續(xù)航,。 這顯然不是一件容易的事,因為盲目加大電池只會讓手機的爆炸風險更高,。如何平衡存儲,、計算、續(xù)航等綜合體驗,,是一件考驗頂層設(shè)計,、研發(fā)、權(quán)衡的藝術(shù),,并不是拿一個供應(yīng)鏈解決方案就可以輕松超車的簡單操作,。 舉個例子,UFS在存儲文件的打開速度上,,和eMMC相比,,用戶的感知并沒有特別大的差異,其體驗優(yōu)勢主要在一些100M以上的大型游戲等方面以及文件傳輸上,,集成到uMCP上之后,,是否能真正轉(zhuǎn)化為消費者真實可感的快樂,,顯然離不開PCB設(shè)計、針對性優(yōu)化,、實驗室測試,、生產(chǎn)線品控等層層把關(guān)。 另外,,可以預見的是,,伴隨著中國存儲產(chǎn)業(yè)的進軍,比如長江存儲去年剛剛重建DRAM事業(yè)群,,合肥長鑫LPDDR5也在規(guī)劃中,,未來這一標準和存儲也將成為中低端手機的標配。 今天被高高舉起的“5G旗艦標配”flag,,到底是一口毒奶,,還是真實的5G加速器,結(jié)果只能由消費者自己買單來檢驗了,。 |
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