利用LPDDR5滿足嚴苛的可靠性要求

作者 : Gary Hilson,EE Times特約記者

記憶體規格面臨的挑戰通常最終都歸結為,如何在保持低功耗的同時獲得更高的性能。對於低功耗雙倍數據速率(LPDDR) DRAM更是如此…

記憶體規格面臨的挑戰通常最終都歸結為,如何在保持低功耗的同時獲得更高的性能。對於低功耗雙倍數據速率(LPDDR) DRAM更是如此,而隨著人工智慧(AI)、邊緣運算和5G應用的出現,其壓力越來越大。

JEDEC固態技術協會最近發佈了LPDDR5標準的更新版本JESD209-5B,將記憶體速度提高了33%,達到8533Mbps。JEDEC的JC-42.6低功耗記憶體小組委員會主席Hung Vuong表示,他們專注於提高記憶體性能、功率與靈活性,提高記憶體速度是其中的一部分。最新版本JESD209-5B可提供更快的記憶體速率和更高的效率,專門針對5G智慧型手機,以及採用人工智慧的高解析度擴增實境(AR)/虛擬實境(VR)和邊緣運算。Vuong指出,除了行動裝置,為其他應用提供低功耗和高性能也極其重要。

這意味著更多的資料將在邊緣處理,而不是發送到中央雲資料中心。Vuong說,「系統的整個架構都在改變」。行動裝置和邊緣運算都需要更多的記憶體,但又不能讓功耗顯著增加,使用具有更大運算能力的無線接入點就不用將所有內容都發送回雲端了。

無論何種應用,提高記憶體速率都會對訊號完整性產生影響,因此JESD209-5B更新版本還包括透過TX/RX均衡來改善訊號完整性。不同的LPDDR應用環境也對訊號完整性提出了挑戰,Vuong說,「這完全取決於具體應用。」對智慧型手機來說比較容易,但對汽車或邊緣運算而言,挑戰就很大。「對於這類應用,達到8.5Gb的速率會更加困難,因而可能不得不降低性能來運行,不過這取決於設計。」他說,「我們提供了一些機制,希望這些機制能滿足他們的需求。」

對於汽車等應用,可靠性具有最高優先順序,因此JESD209-5B更新版的另一個關鍵特性就是自我調整刷新管理功能,該功能使記憶體能夠在嚴苛的工作環境中(包括在極端溫度條件下)進行調節。「透過自我調整刷新管理,我們創建了一種機制來定義可靠性的等級。」Vuong說。利用該功能,主機或軟體能夠設置期望的設備可靠性等級,並滿足資料可靠性要求。「如果處於極端工作條件下,則可以將可靠性等級調高一點,這樣就不會丟失過多的資料。」他說,在手機或其他不重要的環境中,可靠性就可以降低一些。

美光一直致力於透過其LPDDR5記憶體滿足汽車產業特殊的可靠性需求。2021年初,美光開始提供LPDDR5記憶體樣品,該產品經過硬體評估,可以滿足最嚴格的汽車安全完整性等級ASIL D標準(圖1)。LPDDR5記憶體是其專為不同ADAS技術而設計的新記憶體和存儲產品系列的一部分,這些ADAS技術可能會採用經過功能安全評估的DRAM,包括自動緊急刹車系統、車道偏離警告、自我調整巡航控制和盲點檢測系統。這些技術均要求超低延遲及高可靠性,即使在非完全自主駕駛的車輛中也是如此。ASIL是由ISO 26262定義的汽車安全性等級,現在車輛中整合了越來越多的電子設備來實現系統對車輛的良好控制,因而對遵守ASIL安全分類等級的要求也更多了。

 

圖1:美光(Micron)最近開始提供LPDDR5記憶體樣品。這款記憶體經過硬體評估,可以滿足最高等機的車輛安全完整性等級(ASIL)標準。由於車輛中整合了越來越多的電子設備,該產品可以實現系統對車輛的良好控制。

(來源:美光)

 

Vuong表示,LPDDR5標準的更新反映了對記憶體頻寬的持續需求,無論哪種應用,都會有更多的資料需要處理,以及更多的影像和遊戲需要壓縮。「隨著5G或人工智慧的不斷發展,這一勢頭還將持續下去。」兩年之後,資料速率將會再次提高。「8.5Gbps的速率遲早會遭遇摩爾定律,達到極限,所以我們必須想出更好的辦法來傳送資料。」

第一版LPDDR5於2019年上半年發佈,輸入/輸出(I/O)速率達到了6,400MT/s,比2014年發佈的第一版LPDDR4速率(3,200MT/s)高一倍。LPDDR5的整個架構經過重新設計,包含一個16 Bank(存儲庫)可程式設計多時脈架構,還導入了兩個使用命令的新操作,減少了資料傳輸,改善了系統功耗。

12Gb LPDDR5行動DRAM在三星宣佈12GB LPDDR4X量產幾個月之後即問世,真對運作人工智慧應用的5G高階智慧型手機(圖2)。新標準頒佈後,三星迅速開始量產12Gb LPDDR5行動DRAM。作為三星12GB封裝系列的一部分,該款LPDDR5據稱每秒可傳輸44GB資料(相當於12部全高畫質電影),功耗降低了30%。

 

圖2:三星(Samsung)在12GB LPDDR4X量產僅5個月後就推出了12Gb LPDDR5行動DRAM。

(來源:三星)

 

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

本文同步刊登於EDN China 2021年12月刊

 

 

 

 

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