利用LPDDR5满足严苛的可靠性要求

内存规格面临的挑战通常最终都归结为，如何在保持低功耗的同时获得更高的性能。对于低功耗双倍数据速率(LPDDR) DRAM更是如此，而随着人工智能(AI)、边缘运算和5G应用的出现，其压力越来越大。

JEDEC固态技术协会最近发布了LPDDR5标准的更新版本JESD209-5B，将内存速度提高了33%，达到8533Mbps。JEDEC的JC-42.6低功耗内存小组委员会主席Hung Vuong表示，他们专注于提高内存性能、功率与灵活性，提高内存速度是其中的一部分。最新版本JESD209-5B可提供更快的内存速率和更高的效率，专门针对5G智能型手机，以及采用人工智能的高分辨率扩增实境(AR)/虚拟现实(VR)和边缘运算。Vuong指出，除了移动设备，为其他应用提供低功耗和高性能也极其重要。

这意味着更多的数据将在边缘处理，而不是发送到中央云数据中心。Vuong说，「系统的整个架构都在改变」。移动设备和边缘运算都需要更多的内存，但又不能让功耗显著增加，使用具有更大运算能力的无线接入点就不用将所有内容都发送回云端了。

无论何种应用，提高内存速率都会对信号完整性产生影响，因此JESD209-5B更新版本还包括透过TX/RX均衡来改善信号完整性。不同的LPDDR应用环境也对信号完整性提出了挑战，Vuong说，“这完全取决于具体应用。”对智能型手机来说比较容易，但对汽车或边缘运算而言，挑战就很大。“对于这类应用，达到8.5Gb的速率会更加困难，因而可能不得不降低性能来运行，不过这取决于设计。”他说，“我们提供了一些机制，希望这些机制能满足他们的需求。”

对于汽车等应用，可靠性具有最高优先级，因此JESD209-5B更新版的另一个关键特性就是自适应刷新管理功能，该功能使内存能够在严苛的工作环境中(包括在极端温度条件下)进行调节。“透过自我调整刷新管理，我们创建了一种机制来定义可靠性的等级。”Vuong说。利用该功能，主机或软件能够设置期望的设备可靠性等级，并满足数据可靠性要求。“如果处于极端工作条件下，则可以将可靠性等级调高一点，这样就不会丢失过多的数据。”他说，在手机或其他不重要的环境中，可靠性就可以降低一些。

美光一直致力于透过其LPDDR5内存满足汽车产业特殊的可靠性需求。2021年初，美光开始提供LPDDR5内存样品，该产品经过硬件评估，可以满足最严格的汽车安全完整性等级ASIL D标准(图1)。LPDDR5内存是其专为不同ADAS技术而设计的新内存和存储产品系列的一部分，这些ADAS技术可能会采用经过功能安全评估的DRAM，包括自动紧急刹车系统、车道偏离警告、自我调整巡航控制和盲点检测系统。这些技术均要求超低延迟及高可靠性，即使在非完全自主驾驶的车辆中也是如此。ASIL是由ISO 26262定义的汽车安全性等级，现在车辆中整合了越来越多的电子设备来实现系统对车辆的良好控制，因而对遵守ASIL安全分类等级的要求也更多了。

图1：美光(Micron)最近开始提供LPDDR5内存样品。这款内存经过硬件评估，可以满足最高等机的车辆安全完整性等级(ASIL)标准。由于车辆中整合了越来越多的电子设备，该产品可以实现系统对车辆的良好控制。

(来源：美光)

Vuong表示，LPDDR5标准的更新反映了对内存带宽的持续需求，无论哪种应用，都会有更多的资料需要处理，以及更多的图像和游戏需要压缩。“随着5G或人工智能的不断发展，这一势头还将持续下去。”两年之后，数据速率将会再次提高。“8.5Gbps的速率迟早会遭遇摩尔定律，达到极限，所以我们必须想出更好的办法来传送数据。”

第一版LPDDR5于2019年上半年发布，输入/输出(I/O)速率达到了6,400MT/s，比2014年发布的第一版LPDDR4速率(3,200MT/s)高一倍。LPDDR5的整个架构经过重新设计，包含一个16 Bank(存储库)可程序设计多频率架构，还导入了两个使用命令的新操作，减少了数据传输，改善了系统功耗。

12Gb LPDDR5移动DRAM在三星宣布12GB LPDDR4X量产几个月之后即问世，真对运作人工智能应用的5G高阶智能型手机(图2)。新标准颁布后，三星迅速开始量产12Gb LPDDR5移动DRAM。作为三星12GB封装系列的一部分，该款LPDDR5据称每秒可传输44GB数据(相当于12部全高画质电影)，功耗降低了30%。

图2：三星(Samsung)在12GB LPDDR4X量产仅5个月后就推出了12Gb LPDDR5移动DRAM。

(来源：三星)

(参考原文：LPDDR5 Grapples with Harsher Environments，by Gary Hilson)

本文同步刊登于EDN China 2021年12月刊