移動 DRAM (Mobile DRAM)廠商正面臨著庫存不足,以及因應(yīng)智慧手機(Smartpnohe)和平板裝置(Tablets)而生的對產(chǎn)量及帶寬需求,迫使業(yè)者必須轉(zhuǎn)向下一代技術(shù)的挑戰(zhàn)。
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。