基于LPDDR4多通道規(guī)范可以改善系統(tǒng)性能

LPDDR4是用于移動應(yīng)用的最新雙數(shù)據(jù)率同步DRAM，它是當(dāng)今高端便攜產(chǎn)品中常見的DRAM類型，應(yīng)用于如Samsung Galaxy S6智能手機(jī)，Apple iPhone 6S [1]，以及數(shù)種最新發(fā)布的設(shè)備。除了移動應(yīng)用之外，預(yù)計(jì)LPDDR4會像其前任LPDDR3那樣應(yīng)用于平板電腦、輕薄筆記本電腦中，會采用“底層存儲器”配置，亦即，DRAM以物理方式焊接在主板上。

LPDDR4在很小的PCB面積和體積上提供了巨大的帶寬；在3200Mbps的數(shù)據(jù)率下，當(dāng)兩片Die封裝在一起時(shí)，單個15毫米x15毫米LPDDR4封裝包可提供25.6 GByte/s的帶寬。LPDDR4建立在LPDDR2和LPDDR3的成功基礎(chǔ)之上，增加了新的特性并引入了主要的結(jié)構(gòu)變化。

本白皮書中闡明了LPDDR4與以前所有JEDEC DRAM規(guī)格的差異之處。討論了下述方面：

設(shè)計(jì)人員為何選擇LPDDR4

LPDDR4體系結(jié)構(gòu)的亮點(diǎn)

如何最好地配置LPDDR4通道

如何處理具有多通道連接的2片和4片封裝

通過系統(tǒng)級芯片（SOC）分割共享通道的優(yōu)點(diǎn)

如何優(yōu)化通道以實(shí)現(xiàn)最低功耗

為什么是LPDDR4？
LPDDR4包含多項(xiàng)特性，這使得SOC設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)能夠降低分離DRAM的功耗。對于諸如PC和服務(wù)器等桌面設(shè)備，通常將使用安裝在雙列直插內(nèi)存模塊（DIMM）上的DDR器件，所述DIMM位于64位寬總線上。這類板級解決方案能夠就地升級DRAM容量，但需要長且負(fù)載較重的連接線，與較短的走線相比，它消耗的功率更高。對于使用LPDDR2、LPDDR3和LPDDR4的系統(tǒng)，每條總線上的內(nèi)存器件通常數(shù)量更少，連接線也更短，因而消耗的功率比DDR2、DDR3和DDR4器件更低。

設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)能夠調(diào)用LPDDR4 DRAM內(nèi)的節(jié)能選項(xiàng)。這些特性包括更低的電壓和I/O電容；更小寬度的多路復(fù)用命令和地址總線；消除了on-DRAM DLL；更快進(jìn)出的低功耗待機(jī)模式；更快、更加簡單的變頻。

最后，LPDDR4 DRAM具有溫度感知刷新特性，這有助于使DRAM的刷新率與DRAM的位單元本身的要求匹配，尤其是在低功率自刷新待機(jī)模式下更是如此。在待機(jī)模式下可自動啟用該特性，類似地，在主動模式下可讀取溫度指示，使得LPDDR4控制器能夠調(diào)節(jié)其自刷新率，從而與LPDDR4器件的熱狀態(tài)相符。

LPDDR4采用了針對移動裝置的模型
在實(shí)際應(yīng)用中，移動用戶僅在較少的時(shí)間段內(nèi)才會用到LPDDR4的最高工作頻率。此時(shí)，用戶或是采集或顯示高清晰（4K）視頻，或是玩具有高圖形要求的游戲，或是處理圖形，或是引導(dǎo)或加載新的軟件。

在部分時(shí)間段內(nèi)，內(nèi)存會降至LPDDR3速度級別。這一性能水平足以支持文本、呼叫、網(wǎng)頁瀏覽、照片、簡單游戲：所有這些功能對CPU或GPU沒過高要求。

在大部分時(shí)間段內(nèi)，移動設(shè)備并不使用，它或是在口袋內(nèi)、或是在床邊，此時(shí)DRAM斷電或處于低速模式下。僅一個內(nèi)存通道處于活動狀態(tài)下，用于執(zhí)行“始終在線、始終連接”任務(wù)。在該模式下，設(shè)備執(zhí)行后臺任務(wù)，如保持電池接觸，接收消息，接收/顯示推送通知，郵件同步，以及時(shí)間顯示。

然而，正是由于最高使用時(shí)間的設(shè)備性能，很多移動用戶升級了其設(shè)備，這正是該使用模式下優(yōu)秀用戶體驗(yàn)十分重要的原因之所在（圖1）。

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圖1：最高使用時(shí)間是移動用戶升級循環(huán)的驅(qū)動因素

LPDDR4體系結(jié)構(gòu)變化
與前代相比，LPDDR4規(guī)范中確定了多種性能和特性改進(jìn)。最為重要的是，LPDDR4對體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行了重大改變：LPDDR4器件采用了每一裸片上2個獨(dú)立通道的布局方案。

DDR2、DDR3和DDR4器件的每一封裝包提供了一套命令地址輸入總線和一套數(shù)據(jù)總線，最為常見的是每一封裝包一個裸片。LPDDR2和LPDDR3的每一封裝包可提供1~4個裸片。對于LPDDR4、LPDDR3和LPDDR2，在雙裸片和4裸片封裝包情形下，通常提供了2套獨(dú)立的命令地址輸入和數(shù)據(jù)總線（通道）。換句話講，LPDDR2和LPDDR3器件實(shí)施了部分多通道，其中，每一封裝包提供了2個獨(dú)立通道。LPDDR4將該特性發(fā)揮到極致，這是因?yàn)槊恳宦闫加袃蓚€獨(dú)立通道，大多數(shù)封裝包都有4個通道。

連接多個通道
LPDDR4體系結(jié)構(gòu)天然具有2個通道（圖2），每一裸片有2套命令地址輸入和2套數(shù)據(jù)總線。LPDDR4的2裸片封裝包提供了4個獨(dú)立通道。為了更有效地使用LPDDR4，設(shè)計(jì)人員必須理解LPDDR4體系結(jié)構(gòu)變化對SoC體系結(jié)構(gòu)的影響。

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圖2：LPDDR4雙通道體系結(jié)構(gòu)