5G手机中的低功耗内存有多重要?

  作者:王莹 时间:2020-09-17来源:电子产品世界

今年我国迎来了5G手机爆发之年。据市场调查公司分析,2020上半年我国本土5G手机品牌就已占了全球75%的份额。相信很多消费者也在考虑是否去换一部5G手机。但是他们也是有顾虑的:5G是什么?5G手机到底能干啥?另外,一些5G手机中出现了一个新名词——LPDDR5内存,是怎么回事?

5G时代好在哪儿?

5G是第五代通信系统的简称,是从2019年开始进入大家的视野的——2019年6月6日,工业和信息部向中国移动、中国电信、中国联通、中国广电四家企业颁发了基础电信业务经营许可证,批准经营“第五代数字蜂窝移动通信业务”,至此,我国正式启动5G商用。

实际上,5G不是突然发生的,可谓水到渠成。回顾移动通信发展历程,大约每10年更新一次,比如上世纪90年代是2G,2000年开启3G,2010年是4G,步入2020年,当然步入5G时代了。

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那么,5G的优势是什么呢?5G的速率更快,可达10Gbps(10千兆比特每秒),是4G的10~100倍。有一个经典的“5G之花”,说明了5G比4G的优势,可见除了速率更快之外,5G空中接口的时延更低,只有4G的1/5;峰值速率更高,是4G的20倍;移动性更快,是4G的4倍等特点。

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实际上,手机只是5G的一部分应用。5G主要适合三大类应用:增强移动宽带场景,低延时高可靠场景,低功耗大连接场景。总而言之,5G开启了万物互联的新时代,而手机只是属于第一种应用——增强移动宽带的场景之一,不过,是第一个也是非常重要的应用噢。

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5G手机能干什么?

5G手机属于增强移动宽带场景的应用之一。那么,为什么要买一部5G手机呢?

最为直接的答案便是:可以极大地提升手机上网体验。因为5G有更大的吞吐量,更大容量的存储,更大的屏幕,让5G手机的体验更好。例如传输高清视频、手机拍照、语音、玩游戏、人工智能等。

常言道“买新不买旧”,拥有了5G手机,就可以跟着5G发展的节奏走。在未来,5G手机还会带来如下功能:

*智能手机的边缘计算就能够成为一个数据处理的枢纽,能够支持数据处理、人工智能并且减轻云计算的负载,使得很多云计算功能转移到手机计算,并且能把云计算和手机的计算枢纽进行无缝的对接和联合。

*现在已经出现了真正的多任务处理,例如在去年的“世界移动大会”上已经推出了可折叠屏的手机。这么大的一个手机屏幕可以同时运行2个App,而且可以在这2个App之间非常自由复制、粘贴,就像现在大家在台式电脑上的操作那样。另外,能同时使用更多的媒介,可以一边快速地下载高清视频,一边进行流媒体播放,实现360°的视觉体验。

*说了多年的虚拟现实也将在手机上实现。用户在看虚拟现实的时候能去感知、观察,就像是看真的现实一样。例如,球迷可以从体育场的各个角度去身临其境观看一场足球赛,而本人都不用离开他的客厅!

*游戏方面,游戏玩家可以把自己的手机当成一个操作的枢纽,直接投屏到电视上,实现无缝的体验。

*手机上的人工智能交互会很普遍,5G带来流畅的体验。

*会成为物联网的中枢,可以通过手机控制物联网设备,比如用手机控制房屋上的太阳能电池板,控制家中的空调等,手机相当于遥控器。

硬核配置:LPDDR5内存

在5G手机中,出现了一个新名词:LPDDR5。例如小米10/Pro发布时,小米的掌门人雷军先生称搭载了美光科技公司的LPDDR5内存,带来了强悍的性能,例如与前代产品相比,数据访问速度提升了 50%,在游戏场景下功耗降低了约 20% !无独有偶,此后,更多的手机厂商推出了带LPDDR5的手机。

LPDDR5是什么?与常说的电脑上的DDR是什么关系?

LPDDR是针对RAM(运行内存)的低功耗DDR内存,全称Low Power Double Data Rate(低功耗双倍数据速率内存),是美国JEDEC固态技术协会面向低功耗内存而制定的通信标准,以低功耗和小体积著称,专门用于移动式电子产品。而LPDDR5就是最新的标准。

LPDDR5的标准是将以6400MT/s的速率运行,是LPDDR4的2倍,比最接近的标准LPDDR4X快50%。

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例如,当前智能手机所需应对的数据吞吐量正加速增长,对手机瞬时处理数据的能力(即内存性能)提出了更高要求。如果我们看一下2020年小米10智能手机所配备的美光的LPDDR5内存,就会发现其速率达到了5500Mbps,相当于每秒可传送44GB数据,大约为12个高清视频文件(3.7GB/个)。CPU把需要运算的数据调到内存中进行,运算完成返回结果。内存对手机的稳定运行至关重要,高性能内存对手机整体流畅度的提升大有裨益。

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比如手机拍照,它涉及了大量的数据运算,尤其是手机相机像素已进入到亿级的现在,如果内存性能低下,传导数据慢,就会造成拍照延迟;44GB/s的传输速率对游戏玩家来说更是巨大的利好消息;而2K 120Hz高刷新率屏幕需要很高的带宽,想不用LPDDR5都不行。同时,LPDDR5的电压非常低,它可以做到和其他芯片堆叠在一起,而且发热和功耗还会进一步降低。

根据小米用户续航DOU测试结果看,美光的LPDDR5对比LPDDR4X续航优势明显。

①综合场景下,用户续航提升约10%。

②在游戏(王者荣耀)场景中,省电约20%。

③在微信语音和视频场景中,省电约10%。

为何桌面级的DDR内存只有4,低于手机的LPDDR5?

LPDDR内存在便携设备的功耗占比高,因为担负着数据吞吐这一身份的重任,因而技术的迭代对于手机性能和功耗更重要。所以相比较于DDR内存,LPDDR内存更容易被用户感知。

相比之下,电脑对功耗的要求没有那么高,也没有那么敏感。

因此,DDR5的正式规范标准今年才刚完成制定,即使标准制定完成,今年也不会看到很多搭载DDR5内存的电脑。而LPDDR5则是今年绝大部分旗舰机型的标配。

实际上,LPDDR和DDR之间的关系很密切,简单来讲,LPDDR是在DDR基础上演化而来的,比如,LPDDR2是在DDR2基础上演化而来的,依次类推。但从第四代开始,二者开始走上不同的发展道路,DDR仍然通过提高核心频率来提升性能;而LPDDR为了获得更低的功耗,选择提高Prefetch预读取位数来提升性能。具体来说,LPDDR4是用两个16位通道组成32位总线,而DDR4却具备原生64位通道;LPDDR4的Prefetch预读取位数为16bit,而DDR4为8bit;这在实际运算过程中,DDR4的性能利用率会更高,但LPDDR却可以用更低的功耗来获取更高的理论性能。

另外,在投入商用的先后方面,LPDDR4抢在DDR4之前登陆消费者市场。如今,LPDDR5再次成功抢跑DDR5,在DDR5规范还没正式确定的时候已经完成了量产,LPDDR5自然也不是根据DDR5的基础上改进而来,而是在LPDDR4X的基础上针对移动平台重新设计的新一代低功耗内存规范。当然,由于设计的不同,二者各有千秋,DDR的性能利用率会更高;LPDDR的功耗更低。

手机内存的未来

可见,LPDDR5也是一个正常的技术迭代,就像从LPDDR3到LPDDR4,再到LPDDR4X一样,而且今后还会有长期的发展路线图。

技术迭代的背后,是强大的工艺后盾。5G时代高速传输速率的提升首当其冲的会对手机内存的读写速度提出更高的要求,同时因为射频模组尺寸的增大,留给内存空间的板级尺寸进一步被压缩,而高清视频和高速传输往往意味着高存储空间的占用,比如4G时代网速只能支持在线收看720P标清的电影,差不多1.5G~6G容量之间,但是到5G时代超清或者蓝光将成为可能,这时候应用空间需要达到20-40G左右。这些全新的技术挑战需要存储器厂商更好的提升存储容量密度和读取速度。

提升存储密度最好的办法是采用更为先进的工艺,例如美光在LPDDR5产品中采用了目前存储芯片制程中最先进的1Z纳米的制程技术工艺。 然而1Z纳米技术并不是工艺的极限,在1Z纳米之后,还会有1α、1β、1γ等10纳米级制造的工艺。

那么,1Y、1Z是什么意思呢?首先,20纳米相当于一根头发丝直径的三千分之一。在内存工艺进入20nm之后,由于制造难度越来越高,内存芯片公司对工艺的定义已经不是具体的线宽,而是分成了1X、1Y、1Z,1X工艺相当于16~19纳米、1Y相当于14~16纳米,1Z相当于12~14纳米的级别。

结语

电子产品的进步是体积更小,性能更强,功耗更低。

手机也概莫能外。

因此小小手机,凝聚着芯片/内存的博大硬核科技!

关键词: 内存 LPDDR5

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