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干货 | LPDDR5：实现智能驾驶的关键技术之一

电子工程世界 2021-03-12 00:00
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2020年SK海力士和美光都已发布了DDR5的测试样品，这让人们对DDR5 的商用前景着实期待。例如SK海力的DDR5，从参数来看，其内存提供了至少两倍于DDR4内存的宽带。内存频率将会从3200MHz起跳、最高可达8400MHz。从DDR3到DDR4，带宽增加了33％（从1600 MHz增加到2133 MHz）。借助DDR5，SK海力士的目标是使每个DIMM的带宽增加50％以上。
虽然DDR5因其增加的内存、处理可靠性和性能而受到欢迎，但有一个经常被忽视的特性是它的安全性能——尤其是在汽车应用程序中。
 
最近，特斯拉宣布召回部分Model X和S车型，原因是其微控制器中的8GB嵌入式多媒体卡(eMMC)存在问题。eMMC上累积的磨损会损害主显示屏、车辆警报信号、存储设备和检查摄像头。所有这些损失加起来会耗尽内存安全操作的可靠性。
 
最近的这起事件表明，安全是汽车数据处理系统和内存的重要组成部分。
 
DDR5是一种关注设备级安全的存储技术。DDR5使用动态随机存取存储器(DRAM)，为设备提供更快的数据速率、更大的带宽和更强的性能。通常，我们只听到有关DDR5在移动设备和CPU中使用的传言，但DDR5的功能足够多，也可以在汽车应用程序中操作。
 
 
将DDR5引入汽车系统，在提高安全能力的同时，提高了内存、处理、可靠性和性能。最近，美光强调了这一点，它拥有“业界第一款符合关键硬件重点的汽车安全标准的低功耗DDR5 DRAM（LPDDR5）存储器”。
 

DRAM级别：标准、图形和汽车


在深入研究汽车存储器与硬件安全之间的交叉点之前，首先概述下DRAM的三个级别：
 
标准DDR：面向服务器、云计算、网络、笔记本电脑、台式机和消费类应用，支持更宽的通道宽度、更高的密度和不同的形状尺寸。DDR4 是这一类别目前最常用的标准，支持高达 3200 Mbps 的数据速率。但一旦上到DDR5，带宽速度预计将达到6400 Mbps。
 
图形DDR：它面向需要非常高吞吐量的数据密集型应用程序，例如与图形相关的应用程序和数据中心加速。切换到任何基于图形的DDR5可以启用3.7 GB/s的全高清视频文件。
 
低功耗移动DDR（LPDDR）：适用于对面积和功耗非常敏感的移动和汽车应用。LPDDR 提供更窄的通道宽度和几种低功耗工作状态。LPDDR4 和 LPDDR4X 支持高达 4267 Mbps 的数据速率，是该类别中的常用标准。
 
 
 

纠错码ECC不可忽视


安全汽车存储器的一个重要考虑因素是纠错码（ECC）。简单说一下什么叫ECC。ECC即内存纠错，简单的说，其具有发现错误，纠正错误的功能，一般多应用在高档台式电脑/服务器及图形工作站上，这将使整个电脑系统在工作时更趋于安全稳定。
 
对于车用内存而言，这是一种关键的汽车协议，能够自我检测和检索通过嵌入式硬件传输的数据错误。SK海力士表示，ECC是汽车存储器中的一个关键因素，因为它可以防止系统故障，同时提供流畅的自主驾驶体验。
 
LPDDR4能够传输128位的数据阵列，其中8位用于ECC检索。相比之下，LPDDR5预计将有一个16GB DRAM来支持5.2GB/S的数据传输速率，这将比它的前任快近60%。
虽然这种级别的安全性和速度是内存设备的一大特性，但设计者应该考虑DDR5的其他设计特性。例如，DDR5具有较低的工作电压VDD，这意味着噪声抗扰度的裕度较小。除此之外，由于DDR5嵌入式集成电路中存在独立的电源管理，设计师在复杂的汽车设计方面将具有更大的灵活性。
 

美光的新LPDDR5和ASIL分类


美光最近发布的新LPDDR5内存，旨在提高汽车安全性。美光的LPDDR5伴随着广泛的功能安全性佐证，并通过系统集成商进一步降低风险，ADAS，车载信息娱乐系统，数字座舱和机器学习的系统架构中。此外，美光简化了系统设计，并加快了汽车客户的产品上市时间。该设备符合汽车安全完整性水平ASIL D。
说到ASIL，它是ISO 26262（汽车系统电气部件的国际安全标准）定义的风险分类。符合ISO 26262要求车辆在游戏中保持最高的安全功能标准，这对于ADAS来说越来越重要。
 
ASIL将安全级别分为：
ASIL B：刹车灯、后视摄像头、前照灯
ASIL C：主动悬架，雷达巡航控制
ASIL D：防抱死制动、电动助力转向、安全气囊、发动机管理
 
 

更安全的LPDDR5可以解决系统和硬件故障


为了满足最高级别的安全要求，LPDDR5通常包含检测和控制操作期间内存错误的安全机制。
 
美光将汽车存储器的安全风险分为两类：系统故障和硬件故障。系统故障由存储器的ECC处理，检测在数据传输过程中被分类的错误。硬件故障必须在测试和制造阶段解决。
 

总 结


存储器是用于移动设备、IoT、汽车和云数据中心等应用中的任何电子系统的重要组件。SoC 设计人员必须选择合适的存储器技术，才能提供必要的性能、容量、功率和面积。DDR 已成为现实的存储技术，可用于多种类别，包括标准 DDR 和低功耗 DDR (LPDDR)。最新的标准 LPDDR5 和 DDR5 以更低的功耗提供更高的性能。LPDDR5 的运行速度高达 6400 Mbps，具有许多低功耗和 RAS 功能，包括新颖的时钟架构、可简化时序收敛。
数据速率高达 6400 Mbps 的 DDR5 DRAM 支持更高的密度，包括双通道 DIMM 拓扑以提高通道效率和性能。 在高度垄断的DRAM市场上，三星、美光、SK海力士在LPDDR5领域互相竞逐。其中，三星在2019年上半年宣布成功开发业界首款10nm级8GbLPDDR5DRAM，随后又相继推出12Gb、16GbLPDDR5；SK海力士也已经展出LPDDR5产品。但车规级的DRAM才刚刚兴起，对于自动驾驶，安全是所有车辆的首要任务，尤其是那些配备自动系统的车辆。随着DDR5进入汽车市场，各种传感器、控制器、开关和门将蓬勃发展，因为它们同时以比以前更快、更安全的速度操作和传输数据。

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