移動(dòng)存儲(chǔ)器規(guī)格LPDDR4出爐

　　2014年8月25日訊 - JEDEC固態(tài)技術(shù)協(xié)會(huì)，微電子產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)領(lǐng)導(dǎo)制定機(jī)構(gòu)今天發(fā)布JESD209-4低功耗雙倍數(shù)據(jù)速率4 （LPDDR4）標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)旨在大幅度提高移動(dòng)計(jì)算設(shè)備的存儲(chǔ)器速度與效率。適用設(shè)備包括智能手機(jī)、平板電腦以及超薄筆記本電腦。LPDDR4存儲(chǔ)器輸入/輸出終的運(yùn)行速率能夠達(dá)到每秒4266MT,是LPDDR3的兩倍。新的接口標(biāo)準(zhǔn)將對(duì)下一代便攜式電子設(shè)備的性能產(chǎn)生巨大影響?！癓PDDR4將帶來大幅度性能提升，” JEDEC理事長邱德明先生指出。“該標(biāo)準(zhǔn)的制定旨在滿足世界的移動(dòng)系統(tǒng)對(duì)功耗、帶寬、封裝、成本以及兼容性等多方面的要求?！?代號(hào)為JESD209-4的LPDDR4標(biāo)準(zhǔn)由JEDEC的JC-42.6委員會(huì)主持開發(fā)完成，現(xiàn)在可以在JEDEC網(wǎng)站。

　　隨著移動(dòng)計(jì)算市場(chǎng)的持續(xù)增長，對(duì)更快設(shè)備和更長續(xù)航的需求也在增長。LPDDR4的發(fā)布將輸出輸入接口的數(shù)據(jù)速率由LPDDR3的每秒2133MT提高到了每秒3200MT乃至每秒4266MT的目標(biāo)速度。為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，委員會(huì)成員不得不重新設(shè)計(jì)架構(gòu)，從16位單通道晶片改為每通道16位的雙通道晶片，總位數(shù)達(dá)到32位。

　　“從LPDDR2 到LPDDR3的變化是漸進(jìn)性的。而到了LPDDR4，架構(gòu)則完全改變?！?JC-42.6小組委員會(huì)主席Hung Vuong指出?！拔覀冎?，要達(dá)到業(yè)界所要求的性能，的辦法是完全脫離以前各代的架構(gòu)來設(shè)計(jì)。” 雙通道架構(gòu)縮短了數(shù)據(jù)信號(hào)從存儲(chǔ)器陣列到I/O粘貼片的傳送距離。這樣就降低了LPDDR4接口所要求的大量數(shù)據(jù)傳輸所需要的功耗。由于存儲(chǔ)器上的大部分面積被存儲(chǔ)器陣列所占據(jù)，翻倍擴(kuò)大接口面積對(duì)總體尺寸的影響微乎其微。

　　雙通道架構(gòu)使得時(shí)鐘與地址總線可以同數(shù)據(jù)總線放在一起。因此，數(shù)據(jù)總線到時(shí)鐘及地址總線之間的偏斜得以降到，從而使得LPDDR4器件達(dá)到更高的數(shù)據(jù)速率。同LPDDR3架構(gòu)相比，這樣節(jié)省了功耗同時(shí)提高了定時(shí)邊際。

　　信號(hào)發(fā)送的新方式

　　JEDEC委員會(huì)認(rèn)識(shí)到將LPDDR3的接口擴(kuò)展到更高的頻率將消耗太多電量，于是決定對(duì)LPDDR4的I/O接口信號(hào)發(fā)送方式做出重大改變，采用低電壓擺動(dòng)-終止邏輯（LVSTL）方式。LPDDR4的I/O信號(hào)發(fā)送的367或440毫伏電壓比LPDDR3的I/O電壓擺動(dòng)低50%。這種方法一方面降低了功耗，同時(shí)還實(shí)現(xiàn)了高頻操作。此外，通過采用Vssq 終止及數(shù)據(jù)總線反轉(zhuǎn)（DBI），終止電量可以被降到，因?yàn)槿魏悟?qū)動(dòng)"0"的I/O信號(hào)都不消耗任何電量。

　　為了節(jié)省電量，還采取了其他幾項(xiàng)步驟：操作電壓從前幾代的1.2伏降低到了1.1伏。此外，標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)還特意支持寬范圍頻率下的節(jié)電操作。I/O可以在未終斷模式下以降低的電壓擺動(dòng)在多個(gè)低頻率運(yùn)行。同時(shí)，該標(biāo)準(zhǔn)允許在操作點(diǎn)之間快速切換，因而低頻率操作隨時(shí)可以進(jìn)行。

　　這種快速切換的實(shí)現(xiàn)在于增加了頻率設(shè)定點(diǎn)（FSP）。 LPDDR4 確定了兩個(gè)頻率設(shè)定點(diǎn)（FSP），即存儲(chǔ)操作參數(shù)的所有DRAM寄存器。這些參數(shù)可能需要為兩種不同頻率操作進(jìn)行改變。 一旦兩個(gè)操作頻率得到調(diào)校，參數(shù)存到相應(yīng)的兩個(gè)頻率設(shè)定點(diǎn)中，頻率之間的切換就可以通過單一模式的寄存器寫入來實(shí)現(xiàn)。這就縮短了頻率變換的延遲，從而使系統(tǒng)更經(jīng)常以優(yōu)化速度處理負(fù)荷。

　　“它給予終用戶靈活性，” Vuong指出?！耙恍┰O(shè)計(jì)者喜歡以快的速度運(yùn)行設(shè)備，然后使其睡眠。另一些人喜歡在可能的情況下以較低的頻率，因此也是較低的功耗模式運(yùn)行。一個(gè)進(jìn)程可能需要的時(shí)間稍微長一些，但是這是他們所愿意做出的利弊權(quán)衡。我們?cè)O(shè)計(jì)的LPDDR4擁有足夠的靈活性，允許終用戶決定他們想怎么做?！?這個(gè)靈活特性之外是相伴的卓越性能 - 同LPDDR3設(shè)備相比，一個(gè)LPDDR4設(shè)備在大致相同的數(shù)據(jù)速率條件下將消耗更少的電量。

　　3D   LPDDR4規(guī)格

　　主要規(guī)格包括：

　　雙通道架構(gòu)

　　CA和DQ的內(nèi)置Vref供電

　　數(shù)據(jù)總線反轉(zhuǎn) （DBI-DC）

　　CA和DQ的ODT

　　I/O 吞吐量： 3200 MT/s, 升至4266 MT/s

　　信號(hào)電壓： 367mV or 440mV

　　工作電壓： 1.1V

　　預(yù)取大?。?每通道32B

　　拓補(bǔ)結(jié)構(gòu)： 點(diǎn)對(duì)點(diǎn)， PoP, MCP

　　 I/O 電容： 1.3pF

　　寫入調(diào)平

　　6-針 SDR CA 總線 CA 培訓(xùn) （每兩通道12針）

　　與前幾代低功耗DRAM相同，LPDDR4不要求延遲鎖定環(huán)（DLL）或相位鎖定環(huán)（PLL）

　　LPDDR4 培訓(xùn)

　　為了幫助業(yè)界同仁理解并采用LPDDR4, JEDEC將于2014年9月23日在美國加州圣克拉拉市舉辦LPDDR4技術(shù)培訓(xùn)。

　　2015年NAND Flash市場(chǎng)規(guī)模成長9%，終端需求多元化帶動(dòng)穩(wěn)健成長

　　TrendForce旗下內(nèi)存儲(chǔ)存事業(yè)處DRAMeXchange調(diào)查顯示，由于智能手機(jī)、平板電腦等移動(dòng)設(shè)備需求穩(wěn)健成長，固態(tài)硬盤在筆記本電腦以及服務(wù)器與數(shù)據(jù)中心的需求增加，而物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用也將逐漸導(dǎo)入NAND Flash，2015年NAND Flash整體產(chǎn)業(yè)規(guī)模將提升至266億美元，年成長9%。

　　DRAMeXchange研究協(xié)理?xiàng)钗牡帽硎荆?014年NAND Flash需求位成長率為36%,在更多元化的產(chǎn)品開始導(dǎo)入NAND Flash的挹注下，2015年的需求位成長率將依舊有35%。市場(chǎng)趨勢(shì)觀察的重點(diǎn)為：

　　1.）隨著智能手機(jī)與平板電腦逐漸進(jìn)入成熟期，出貨動(dòng)能趨緩，固態(tài)硬盤（SSD）的應(yīng)用將成為下一波成長動(dòng)能?，F(xiàn)階段SSD滲透率在性能與效率要求較高的商務(wù)用筆記本電腦與高階消費(fèi)型機(jī)種的應(yīng)用較廣，2015年可望向下擴(kuò)大至中階主流機(jī)種與低階產(chǎn)品線；而企業(yè)型固態(tài)硬盤的應(yīng)用則是隨著云端運(yùn)算的高度成長而呈現(xiàn)欣欣向榮的局面。DRAMeXchange預(yù)估2015年固態(tài)硬盤的NAND Flash用量年成長將逼近80%,至于在NAND Flash的消耗量占比也將從2014年的25%提升至2015年的35%。

　　2.）蘋果即將推出的iWatch以NAND Flash作為主要儲(chǔ)存裝置，可望帶動(dòng)其他廠商的仿效與跟進(jìn)，目前三星與海力士也分別推出eMCP和處理器封裝的POP方式給穿戴式裝置廠商測(cè)試，希望能有效提升NAND Flash在穿戴性裝置的應(yīng)用；而NAND Flash廠商積極地與物聯(lián)網(wǎng)各個(gè)生態(tài)圈的業(yè)者串連合作，除了在性能與價(jià)格上取得，容量的優(yōu)勢(shì)也能夠提供業(yè)者在設(shè)計(jì)多元化內(nèi)容存取，讓NAND Flash將成為相關(guān)智能裝置的儲(chǔ)存裝置。

　　另一方面，就NAND Flash業(yè)者的生產(chǎn)計(jì)劃來分析，今年下半年除了三星的中國西安廠持續(xù)小量增加3D-NAND Flash的投片外，其他業(yè)者并沒有明顯的產(chǎn)能擴(kuò)張計(jì)劃，因此2014年產(chǎn)出的增加多半來自于制程轉(zhuǎn)進(jìn)，12寸約當(dāng)晶圓產(chǎn)量較去年微幅增加7.3%，產(chǎn)出年成長率為35.7%。DRAMeXchange預(yù)估2015年NAND Flash 12寸約當(dāng)晶圓產(chǎn)量將較今年成長7.6%，產(chǎn)出年增率為35.8%。

　　IC Insights:NAND與DRAM朝3D發(fā)展

　　隨著 DRAM 和 NAND 技術(shù)持續(xù)邁向更先進(jìn)幾何制程與多層次記憶體的道路，IC Insights密切觀察有關(guān) DRAM 和 NAND 供應(yīng)商的動(dòng)態(tài)，期望能提供更清楚的 DRAM / NAND發(fā)展藍(lán)圖。

　　在 2014年中期，制造 NAND 快閃記憶體元件的制程技術(shù)采用的是20nm以及更小的特征尺寸，而 DRAM 采用的制造技術(shù)還不到30nm.根據(jù)圖1所示的制程技術(shù)藍(lán)圖顯示，在2017年以前，特征尺寸為2D （平面）的NAND flash將會(huì)過渡到10-12nm,而 DRAM 則將遷移至20nm或更小的 DRAM 。

　　不過，IC Insights坦承，這樣的發(fā)展態(tài)勢(shì)還無加以定論，因?yàn)橹圃熘瞥坦?jié)點(diǎn)的定義并不明確，尤其是在企業(yè)試圖在競(jìng)爭(zhēng)中取得某種優(yōu)勢(shì)時(shí)，就很容易受到行銷「游戲數(shù)字」的影響。

　　NAND與DRAM朝3D發(fā)展

　　量產(chǎn)NAND flash和DRAM發(fā)展藍(lán)圖

　　為了制造 NAND Flash ，2014年時(shí)已經(jīng)加速量產(chǎn)15nm和16nm NAND 晶片了。三星（Samsung）是家量產(chǎn) 3D NAND 晶片的公司。該公司在2014年5月宣布開始量產(chǎn)采用32層記憶體單元的 V-NAND Flash 晶片。此外，在2013年，該公司已針對(duì)資料中心客戶出貨基于其代24層 V-NAND 技術(shù)的固態(tài)硬碟（SSD）。

　　從2D 到3D NAND 記憶體全面轉(zhuǎn)型的時(shí)機(jī)，將視3D 成為更具成本效益選項(xiàng)之際而定，但這樣的情況將會(huì)持續(xù)一段時(shí)間。甚至當(dāng)達(dá)到成本的交叉點(diǎn)時(shí)，2D 和3D NAND 還可能共存好些年。

　　目前業(yè)界主要的 DRAM 制造商正以20nm級(jí)特征尺寸（20-29nm之間）進(jìn)行量產(chǎn)制造。

　　如同 NAND flash 一樣，DRAM 技術(shù)也正朝向以垂直方向整合電路的趨勢(shì)發(fā)展。3D DRAM 解決方案的例子之一是由HMC聯(lián)盟開發(fā)的混合記憶體立方（HMC）。HMC聯(lián)盟是由美光（Micron）和三星，以及包括Altera、ARM、IBM、 Open-Silicon、海力士（SK Hynix）和賽靈思（Xilinx）等開發(fā)商共同組成。