LPDDR5可說是5G時代的記憶體標準，不僅速率提升了50%，也更省電5-10%。

如同小米集團副總裁常程日前在微博發帖說的，對PC而言，記憶體是電腦和CPU之間溝通的高速公路；對手機而言，記憶體是河南到北京的動車。在固態儲存協會(JEDEC)的推動下，記憶體在2020年取得了革命性的進展，即將大規模商用的LPDDR5相較於LPDDR4x是革命性的一代，相當於把河南到北京之間的動車直接升級為高鐵，原來近6個小時的路程現在3個小時就能到達。

LPDDR5帶來哪些變化？

2019年2月，JEDEC正式發佈LPDDR5全新低功耗記憶體標準。相較於上一代的LPDDR4，LPDDR5的I/O速度從3200MT/s提升到6400MT/s，速度直接翻倍。如果搭配高階智慧裝置常見的64bit BUS，每秒可以傳送51.2GB的資料；如果搭配PC的128bit BUS，每秒可突破100GB資料。

JEDEC認為，LPDDR5有望對下一代可攜式電子裝置(手機、平板)的性能產生巨大提升，為了實現這一改進，標準對LPDDR5系統架構進行了重新設計，轉向最高16 Bank可程式設計和多時脈架構。同時，還導入了資料複製(Data-Copy)和寫入X (Write-X)兩個減少資料傳輸操作的命令來降低整體系統功耗，前者可以將單個接腳的資料直接複製到其它接腳，後者則減少了SoC和RAM傳遞資料時的耗電。

此外，LPDDR5還導入了鏈路ECC糾錯，訊號電壓250mV，Vddq/Vdd2電壓還是1.1V。

常程從三方面對LPDDR5進行了解釋：

多車道Bank Group架構
LPDDR4x僅支援Single Bank Group，而LPDDR5支援多Bank Group模式，更多的Bank Group相當於資料傳輸從單車道變為多車道，增加更多的平行資料通路，提升資料傳輸頻寬。

速率跨越式升級最多可提升50%性能
得益於多Bank Group模式，與上一代LPDDR4x相比，LPDDR5的資料傳輸速率從4266Mbps提升至5500Mbps，傳輸頻寬從34GB/s提升到了44GB/s，這是目前最高速率的記憶體規格。未來，這一速率還會提升到6400Mbps，頻寬提升到51.2GB/s，提升50%之多。

LPDDR4 vs. LPDDR5

超低功耗
LPDDR5內部有三組電壓：VDD1/VDD2/VDDQ，其中VDD2又分為VDD2H和VDD2L，VDD1和VDD2屬於Core電源，VDDQ屬於I/O介面電源。相較於LPDDR4X，LPDDR5的VDD2H由1.1V降至1.05V，VDDQ由0.6V降至0.5V，另外還有新加入的DVFSC和DVFSQ功能，可在低速工作時切換至更低的0.9V和0.3V電壓，進一步降低功耗。

LPDDR5內部WCK訊號工作示意圖。

相形之下，LPDDR4x元件在高速工作時，時脈速度為2133MHz，而且需要一直保持在這樣的狀態，無形中會增加功耗。而LPDDR5元件修改了這一設計，LPDDR5的時脈只有800MHz，而在資料進行讀寫作業時，會有一個WCK訊號，這個WCK訊號會達到最大工作頻率，當讀/寫工作停止時，WCK訊號也會停止，從而降低功耗。

5G時代的標配

「2020年，5G手機為什麼要搭配LPDDR5？」是知乎上的熱帖之一。除了小米和三星外，截止目前，努比亞、Realme、OPPO和中興等品牌也確認了要採用LPDDR5。

我們知道，CPU是手機中進行資料運算的核心元件，執行速度非常快，但缺點是儲存空間非常小。快閃記憶體的儲存空間大，用來儲存程式等各種資料，但它與CPU的速度相差懸殊。這就需要記憶體這一中樞去傳達資料與指令，以使資料處理與資料傳輸的速度相匹配，程式的運行都在記憶體中進行。如果沒有記憶體，CPU整個的處理速度就會受到嚴重拖累。

當前智慧型手機所需處理的資料量正加速成長，對手機暫態處理資料的能力(即記憶體性能)提出了更高要求。從2010年首先出現的4G應用，到2012年出現LPDDR3用以支援4G LTE應用，再到2014年手機廠商首次採用LPDDR4支援分屏應用，消費者的體驗得到了大幅提升。

手機記憶體發展路徑。

而如果我們再看一下2020年小米10智慧型手機所配備的LPDDR5記憶體，就會發現其速率達到了5500Mbps���相當於每秒可傳送44GB資料，大約為12個高解析視訊檔案(3.7GB/個)。CPU把需要運算的資料調整到記憶體中進行，運算完成返回結果。記憶體對手機的穩定運行至關重要，高性能記憶體對手機整體流暢度的提升大有裨益。

LPDDR5增加>5-10%的手機續航時間，滿足全天候電量需求。

例如手機拍照時涉及了大量的資料運算，尤其是手機相機畫素已進入億級的今天，如果記憶體性能低、傳輸資料慢，就會造成拍照延遲；44GB/s的傳輸速率對遊戲玩家來說更是大好消息；而2K120Hz高刷新率螢幕需要很高的頻寬，想不用LPDDR5都不行。同時，LPDDR5的電壓非常低，可以做到和其他晶片堆疊在一起，而且發熱和功耗還會進一步降低。

根據小米使用者續航DOU測試結果看，LPDDR5對比LPDDR4X續航優勢明顯。

1. 綜合場景下，用戶續航力提升約10%。
2. 在遊戲——王者榮耀(King of Glory)場景中，省電約20%。
3. 在微信語音和視訊場景中，省電約10%。

小米10率先搭載美光LPDDR5

小米能趕在三星之前實現小米10全系列搭配LPDDR5，最應該感謝的是美光科技(Micron Technology)。

2月6日，美光科技宣佈交付全球首款量產的高階智慧型手機用低功耗DDR5 DRAM晶片，並將率先搭載於小米10智慧型手機。美光科技行動產品事業部市場副總裁Christopher Moore更將此次量產交付的LPDDR5 DRAM視為美光的重要里程碑之一。

美光目前出貨給客戶的LPDDR5記憶體容量包括6GB、8GB和12GB，資料傳輸速率為5.5Gbps和6.4Gbps，因此今年的旗艦產品將不會有8GB以下的版本。按照Moore的說法，美光12GB單塊裸片是目前市場上所能提供容量最大的LPDDR5產品，其12GB的封裝尺寸實現了領先的規格和封裝容量。同時，美光也是唯一一家滿足JEDEC標準且率先供應最大資料傳輸速率6.4Gbps產品的廠商。

相對於LPDDR4x，LPDDR5如果以5.5Gbps的傳送速率運行，手機續航時間能夠延長5%-10%；如果以最高的6.4Gbps傳輸速率運行，手機續航時間能夠提高10%以上，這就意味著能夠實現全天候的電池續航。

Moore對此解釋說，LPDDR5的功耗節約並不僅僅來自於元件的層面，還因為DRAM的速度更快了，所以手機處理器能夠以更快速的速度傳輸資料，以便能儘早進入睡眠模式，整個系統加總的結果使電池節約更多功耗。

在功耗降低的情況下，LPDDR5在性能方面也更能支援相關應用：例如採用LPDDR4的旗艦級手機，高畫素的攝影機需要好幾秒的時間才能完成處理與儲存，而如果採用LPDDR5就會是一個無縫的過程。如果同時運行多個App，一面捕捉視訊，一面玩人工智慧(AI)遊戲，還要進行螢幕分享等，在使用LPDDR4的情況下很容易出現瓶頸，但對於LP5來說則是綽綽有餘的。

來到2020年，5G網路正加快普及，5G雲端遊戲、AI運算等場景更有助於促進終端資料輸送量的成倍增加。LPDDR5高性能記憶體能有效降低雲端遊戲延遲、確保AI運算資料即時同步，為5G相關服務的衍生與發展做好充份的終端性能保障。例如在使用LPDDR5之後，智慧型手機的邊緣運算就能夠成為一個資料處理的樞紐，能夠支援資料處理、AI並且減輕雲端運算的負載，使得很多雲端運算功能轉移到邊緣運算，能夠充分利用高速網路、5G頻寬以及高速高容量的記憶體。

LPDDR5群雄爭霸

LPDDR5的出現是一個正常的技術迭代，就像從LPDDR3到LPDDR4，再進展到LPDDR4 X一樣。不過，在此技術迭代的背後，是三星、美光、海力士(SK Hynix)三家國際巨頭在全球DRAM市場上的激烈競爭。

三星在2018年開始過渡到LPDDR5標準，當年就宣佈成功開發並量產首款10nm的8GB LPDDR5晶片。時隔一年，三星再次推出12GB LPDDR5，並宣佈將於2020年開發16GB LPDDR5，即將面世的三星Galaxy S20系列預計將標配自家的16GB LPDDR5 RAM和UFS 3.0記憶體。

美光此番採用的是1Ynm的微影技術，2020年上半年還將通過基於UFS的多晶片封裝(uMCP5)把LPDDR5記憶體應用於中高階智慧型手機，並於今年晚些時候推出1Znm級的產品。Moore預測，到2020年底，絕大多數主流旗艦機都會搭載LPDDR5，2021年至2022年，這一趨勢將下沉至更多的中高階5G智慧型手機中，並據此成為市場的主流。

然而1Znm技術並不是美光規劃的產品路線圖之盡頭。據報導，美光將計畫導入至少四種以上的10nm級製程：1Z、1α、1β和1γ，從而使其10nm級製程總數超過6種。

目前，美光正加大其第二代10nm級製程(即1Y nm)的使用規模，該製程用於製造美光的各種產品，包括12Gb LPDDR4X、16Gb DDR4和12Gb LPDDR5記憶體。下一代1Z nm將用於生產16Gb LPDDR5記憶體以及DDR5記憶體，1Z nm節點後，美光計畫開始使用1αnm和1βnm製造技術，並同時為1γnm技術的可行架構尋找路徑。

美光科技下一代記憶體技術藍圖。

海力士目前主要提高第三代10nm級(1Znm)製程的16Gb DDR4，且積極拓展到LPDDR5和HBM2E市場，計畫在2020年大規模量產。在CES 2020，海力士展示的LPDDR5晶片頻率已達5500MHz，遠遠高於LPDDR4X-4667，而且功耗更低。

因此，從上述三家的DRAM技術發展路線來看，從2019下半年開始，三大原廠均已陸續進入1Znm DRAM技術階段，到2020年，量產的單顆Die容量可達到16GB，未來基於基於8顆封裝量產型16GB晶片進一步提高容量並非遙不可及。

產能方面，除了三星正考慮從2020年開始將12GB LPDDR5轉移到平澤(Pyeongtaek)廠生產外，美光將計畫對廣島工廠B2樓進行第二階段投資，即建設F棟製造廠用於量產1Znm製程之後的1α、1β技術。隨著美光和海力士在2020年產能的逐漸放量，LPDDR5商用加速的步伐預計也將加速。

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