移動應(yīng)用為DRAM注入發(fā)展動力

在廣泛的DRAM領(lǐng)域內(nèi)，所有業(yè)者都竭盡全力爭取移動DRAM這一市場，希望跟上此一領(lǐng)域?qū)Ξa(chǎn)量和帶寬需求的快速變化。

 

mobile DRAM是一種納入低功耗特性的特殊DRAM。包括爾必達(Elpida)、海力士(Hynix)、美光(Micron)和三星(Samsung)等主要供貨商，都面臨著OEM客戶的智能手機和平板裝置熱銷所引發(fā)的庫存不足問題。據(jù)市場消息指出，爾必達將大部份PC DRAM產(chǎn)能轉(zhuǎn)為生產(chǎn)mobile DRAM，以因應(yīng)蘋果(Apple)公司的iPad 2需求。

 

同一時間，手機市場的帶寬要求也不斷對當代mobile DRAM技術(shù)提出挑戰(zhàn)，迫使廠商們朝下一代標準轉(zhuǎn)移。

 

“對帶寬的要求已達到顛峰，”參與設(shè)計下一代內(nèi)存技術(shù)的Serial Port Memory Technology (SPMT)聯(lián)盟總裁Jim Venable說。目前最快速的mobile DRAM技術(shù)──低功耗雙倍數(shù)據(jù)率2 (LPDDR2) mobile DRAM“也已經(jīng)快要走到盡頭了”，Venable表示。

  

 

各陣營都推出了下一代mobile DRAM技術(shù)，以響應(yīng)迫切需要更多帶寬的要求。目前主要參選技術(shù)有 LPDDR3, LPDDR4 ，移動產(chǎn)業(yè)處理器接口聯(lián)盟的M-PHY，Rambus的 Mobile XDR，Silicon Image公司的 SPMT 和 wide I/O。三星和其他業(yè)者支持wide I/O，而美光科技正在推動 LPDDR3。

 

三星半導(dǎo)體的mobile DRAM總監(jiān) Mueez Deen指出，要預(yù)測哪個技術(shù)是贏家還為時過早，但他表示，未來針對主流設(shè)備，市場只能容納“一種新技術(shù)”，或有可能“前兩大技術(shù)并存”。

 

帶寬問題迫使業(yè)界不斷呼喊著新技術(shù)。舉例來說，LG電子最近推出具備‘裸視型’3D顯示、雙相機鏡頭和HD視訊功能的4G智能手機 Optimus 3D 。

 

LG 的智能手機是采用德州儀器(TI)的 OMAP 4 雙核心應(yīng)用處理器，以及LPDDR2 mobile DRAM。另外，蘋果 iPad 2 也采用 LPDDR2 mobile DRAM。

 

然而，有些人甚至在 LPDDR2 量產(chǎn)前就認為該技術(shù)已經(jīng)過時了?；贚PDDR2的mobile DRAM技術(shù)具有最大8.5GB/s的峰值數(shù)據(jù)吞吐量，估計耗電量為360mW。到2013年，該產(chǎn)業(yè)的數(shù)據(jù)傳輸速率至少會達到500Mw、12.8GB/s，”Rambus策略開發(fā)副總裁Herb Gebhart說。

 

TI的OMAP 5應(yīng)用處理器產(chǎn)品線經(jīng)理Brian Carlson)表示，mobile DRAM未來也許要達到25.6GB/s的水平。目前的挑戰(zhàn)是如何開發(fā)出更快的技術(shù)，但又同時減小芯片尺寸及功耗，以延長電池壽命。

 

行動內(nèi)存的風(fēng)險很高。在智能手機和平板裝置熱銷之前，mobile DRAM一直被認為是內(nèi)存市場中的“一灘死水”，IHS iSuppli分析師Mike Howard說。現(xiàn)在，由于智能手機和平板裝置的緣故，mobile DRAM預(yù)估2011年可成長71%。

 

mobile DRAM的成長已超越整體 DRAM業(yè)務(wù)。在PC一片不景氣聲中，DRAM市場2011年預(yù)估將達 355億美元，比2010年的403億美元下跌11.8%，IHS表示。

 

 

未來，智能手機和平板裝置中的DRAM含量將從今天的512MB提高到1GB，相較之下，PC的DRAM平均含量3.4至3.5GB左右，Raymond James & Associates分析師Hans Mosesmann說。

 

由于手機對尺寸與功耗的嚴格需求，mobile DRAM成本大約是PC DRAM的2~4倍以上。mobile DRAM的業(yè)務(wù)模式是以依訂單生產(chǎn)(build-to-order)為主，驅(qū)動價格下降的因素是成本降低，而非像DRAM一樣依照供給和需求的波動，IHS的Howard說。

 

但隨著競爭加劇，可預(yù)測的供給/需求模型逐漸失效?，F(xiàn)在的供給和需求看來是平衡的，但第二季將出現(xiàn)供過于求，Howard說。“另外，我們也看到下半年將出現(xiàn)供應(yīng)吃緊的情況。”

 

帶寬需求驅(qū)動技術(shù)發(fā)展

 

從技術(shù)端來看，該領(lǐng)域預(yù)期將出現(xiàn)大幅的變化。上一代mobile DRAM是基于低功耗同步DRAM技術(shù)，最近一代的是LPDDR1。 LPDDR1 mobile DRAM是1.8V、200MHz的組件，吞吐量為400MB/s。

 

LPDDR1已經(jīng)遭遇性能極限，廠商們正在加速提供以LPDDR2為基礎(chǔ)的組件，這些1.2V的組件據(jù)說可降低50%以上的功耗。LPDDR2藉由采用數(shù)組自刷新等技術(shù)來達到降低功耗的目標。

 

LPDDR2運作在100~533MHz，數(shù)據(jù)傳輸速率從200~1,066MB/s。最多可將4個組件以層迭式封裝(PoP)整合，從而制造出總數(shù)據(jù)率8.5GB/s的產(chǎn)品。

 

就在業(yè)界廠商生產(chǎn) LPDDR2組件之際，美光則領(lǐng)先朝LPDDR3轉(zhuǎn)換，據(jù)表示，這種新組件運作在800MHz，或可達1.6GB/s。在整合4個組件后，美光的mobile DRAM架構(gòu)總監(jiān)Dan Skinner表示，LPDDR3的峰值吞吐量可以達到12.8GB/s。

 

LPDDR2將能滿足大多數(shù)行動通訊系統(tǒng)的要求，但在短期內(nèi)，“前10%的最高階系統(tǒng)將會需要LPDDR3，Skinner說。Skinner同時主持JEDEC的LPDDR3任務(wù)小組。LPDDR3的最終草案規(guī)范將在今年底完成。

 

但競爭對手三星對LPDRR3反應(yīng)冷淡；LPDDR2的壽命還沒到盡頭，至少到2012年它都將是一種內(nèi)存選項，三星的Deen說。

 

三星已開始出貨 533MHz、4Gb的LPDDR2 mobile DRAM，采用30nm級技術(shù)。新組件將讓行動裝置擁有更長的電池壽命，Deen表示。

 

在此之前，必須用4個2Gb的LPDDR2芯片堆棧，以建構(gòu)一個儲存密度達1GB的組件。而現(xiàn)在，據(jù)Deen表示，只需堆棧兩個4Gb LPDDR2便可達到相同的1GB密度，同時可減少20%的封裝高度，且功率也能降低25%。

 

除了LPDDR2，三星已宣布支持SPMT和wide I/O。wide I/O運作在較低的頻率以降低功耗。傳統(tǒng) DRAM有多達 32個數(shù)據(jù)信道。據(jù)該技術(shù)的支持者指出，wide I/O DRAM則是四通道、128線(lane)技術(shù)，總共可提供512個I/O，總帶寬達12GB/s。

 

廠商們希望2013年能推出wide I/O DRAM。在更遠的未來，供貨商認為他們可采用基于硅穿孔(TSV) 3D堆棧技術(shù)來整合多個wide I/O內(nèi)存，但目前TSV昂貴的建置成本和缺乏EDA工具支持仍是主要障礙。

 

“TSV還沒有準備好，”SPMT的Venable說。LPDDR2已來日無多，而 LPDDR3 是一種‘治標’的技術(shù)，盡管它速度快，但卻會消耗更多功率。

 

盡管尚未證實，但SPMT聲稱已握有解決方案。去年，SPMT放棄了原有的串行方法，推出平行/串行混合技術(shù)。這種稱之為 SerialSwitch 的技術(shù)運作在1.6GB/s平行模式，而在串行模式下每信道運作速度可達6.4GB/s。

 

SPMT小組成員包括ARM、海力士、LG電子、Marvell、三星電子和Silicon Image。第一款基于SPMT的DRAM預(yù)計今年底問世。

 

在此同時，Rambus公司稱其Mobile XDR可提供高達17GB/s的帶寬。Mobile XDR補足了LPDDR3的不足之處，Rambus的Gebhart說。LPDDR3 500mW功耗閾值的特性已經(jīng)“超過”了這個產(chǎn)業(yè)的目標，他說。“ LPDDR3確實可提供足夠的帶寬，但它的功率太高了。”

 

那么，下一步又是什么？部份業(yè)界人士已經(jīng)開始討論 LPDDR4──它可能實現(xiàn)，也可能不會實現(xiàn)。我們還可看到另一種技術(shù)M-Phy，該技術(shù)由行動產(chǎn)業(yè)處理器接口聯(lián)盟支持。 MIPI規(guī)格是專門用于顯示器、相機、音頻、視訊、內(nèi)存、電源管理和基頻到射頻通訊等應(yīng)用中的芯片-芯片接口。它與mobile DRAM有一些間接競爭關(guān)系，但對內(nèi)存也有一些影響。

 

 

步履蹣跚的技術(shù)競賽

 

而下一代mobile DRAM技術(shù)誰將獲得最后勝利？盡管尚未有定論，但wide I/O DRAM技術(shù)看來稍微領(lǐng)先。據(jù)報導(dǎo)，諾基亞已通過該規(guī)格，而Hynix和三星也紛紛跟進。

 

但其他的手機公司并未發(fā)表意見。摩托羅拉(Motorola)和RIM并未就此議題的采訪作出響應(yīng)。而蘋果則或許是全球最神秘的廠商。

 

一個最有可能的線索是觀察應(yīng)用處理器供貨商。應(yīng)用處理器支持的智能手機、平板計算機和其他行動設(shè)備的許多功能，如無線連接、電源管理、音頻和視訊等。每一款應(yīng)用處理器也都支持特定OEM制造商認可的mobile DRAM標準。

 

作為應(yīng)用處理器供貨商，TI正密切關(guān)注視所有的技術(shù)標準，但看來似乎已出現(xiàn)領(lǐng)先者。“wide I/O擁有許多優(yōu)勢，”TI的Brian Carlson說。“最終整個產(chǎn)業(yè)將往該技術(shù)轉(zhuǎn)移。”

 

Qualcomm的應(yīng)用處理器副總裁Raj Talluri則表示，要預(yù)測何者勝出為時尚早，但他同時指出，業(yè)界一直在企求“更多的CPU處理能力”，以滿足新興數(shù)據(jù)密集型應(yīng)用的要求。

 

事實上，行動設(shè)備對帶寬激增的需求，也刺激業(yè)者推出更強大的應(yīng)用處理器。該領(lǐng)域的主要競爭廠商包括Nvidia、高通(Qualcomm)和德州儀器。

 

今年稍早，高通公布其Snapdragon系列應(yīng)用處理器的下一代架構(gòu)。該處理器微架構(gòu)代號是 Krait，據(jù)說每個核心可提供高達 2.5 GHz的速度。該技術(shù)是以ARM架構(gòu)和28nm制程為基礎(chǔ)，預(yù)計將推出單、雙核心和四核心版本。

 

TI最近推出采用28nm制程的多核心OMAP 5。該處理器將有兩個版本：針對智慧手機的OMAP5430；以及針對行動運算和消費性產(chǎn)品的OMAP5432。