移動(dòng)應(yīng)用為DRAM注入發(fā)展動(dòng)力

在廣泛的DRAM領(lǐng)域內(nèi)，所有業(yè)者都竭盡全力爭(zhēng)取移動(dòng)DRAM這一市場(chǎng)，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(dá)(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(jī)和平板裝置熱銷所引發(fā)的庫(kù)存不足問(wèn)題。據(jù)市場(chǎng)消息指出，爾必達(dá)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(shí)間，手機(jī)市場(chǎng)的帶寬要求也不斷對(duì)當(dāng)代mobile DRAM技術(shù)提出挑戰(zhàn)，迫使廠商們朝下一代標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)移。

 

“對(duì)帶寬的要求已達(dá)到顛峰，”參與設(shè)計(jì)下一代內(nèi)存技術(shù)的Serial Port Memory Technology (SPMT)聯(lián)盟總裁Jim Venable說(shuō)。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(yíng)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(dòng)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(dòng) LPDDR3。

 

三星半導(dǎo)體的mobile DRAM總監(jiān) Mueez Deen指出，要預(yù)測(cè)哪個(gè)技術(shù)是贏家還為時(shí)過(guò)早，但他表示，未來(lái)針對(duì)主流設(shè)備，市場(chǎng)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(wèn)題迫使業(yè)界不斷呼喊著新技術(shù)。舉例來(lái)說(shuō)，LG電子最近推出具備‘裸視型’3D顯示、雙相機(jī)鏡頭和HD視訊功能的4G智能手機(jī) Optimus 3D 。

 

LG 的智能手機(jī)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(rèn)為該技術(shù)已經(jīng)過(guò)時(shí)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(jì)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(huì)達(dá)到500Mw、12.8GB/s，”Rambus策略開發(fā)副總裁Herb Gebhart說(shuō)。

 

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(lái)也許要達(dá)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(shí)減小芯片尺寸及功耗，以延長(zhǎng)電池壽命。

 

行動(dòng)內(nèi)存的風(fēng)險(xiǎn)很高。在智能手機(jī)和平板裝置熱銷之前，mobile DRAM一直被認(rèn)為是內(nèi)存市場(chǎng)中的“一灘死水”，IHS iSuppli分析師Mike Howard說(shuō)?，F(xiàn)在，由于智能手機(jī)和平板裝置的緣故，mobile DRAM預(yù)估2011年可成長(zhǎng)71%。

 

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

 

 

未來(lái)，智能手機(jī)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(shuō)。

 

由于手機(jī)對(duì)尺寸與功耗的嚴(yán)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(dòng)價(jià)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(dòng)，IHS的Howard說(shuō)。

 

但隨著競(jìng)爭(zhēng)加劇，可預(yù)測(cè)的供給/需求模型逐漸失效?，F(xiàn)在的供給和需求看來(lái)是平衡的，但第二季將出現(xiàn)供過(guò)于求，Howard說(shuō)。“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(dòng)技術(shù)發(fā)展

 

從技術(shù)端來(lái)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(shuō)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(lái)達(dá)到降低功耗的目標(biāo)。

 

LPDDR2運(yùn)作在100~533MHz，數(shù)據(jù)傳輸速率從200~1,066MB/s。最多可將4個(gè)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(yùn)作在800MHz，或可達(dá)1.6GB/s。在整合4個(gè)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(dá)到12.8GB/s。

 

LPDDR2將能滿足大多數(shù)行動(dòng)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(huì)需要LPDDR3，Skinner說(shuō)。Skinner同時(shí)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(jìng)爭(zhēng)對(duì)手三星對(duì)LPDRR3反應(yīng)冷淡；LPDDR2的壽命還沒(méi)到盡頭，至少到2012年它都將是一種內(nèi)存選項(xiàng)，三星的Deen說(shuō)。

 

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

 

在此之前，必須用4個(gè)2Gb的LPDDR2芯片堆棧，以建構(gòu)一個(gè)儲(chǔ)存密度達(dá)1GB的組件。而現(xiàn)在，據(jù)Deen表示，只需堆棧兩個(gè)4Gb LPDDR2便可達(dá)到相同的1GB密度，同時(shí)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(yùn)作在較低的頻率以降低功耗。傳統(tǒng) DRAM有多達(dá) 32個(gè)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(gè)I/O，總帶寬達(dá)12GB/s。

 

廠商們希望2013年能推出wide I/O DRAM。在更遠(yuǎn)的未來(lái)，供貨商認(rèn)為他們可采用基于硅穿孔(TSV) 3D堆棧技術(shù)來(lái)整合多個(gè)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(méi)有準(zhǔn)備好，”SPMT的Venable說(shuō)。LPDDR2已來(lái)日無(wú)多，而 LPDDR3 是一種‘治標(biāo)’的技術(shù)，盡管它速度快，但卻會(huì)消耗更多功率。

 

盡管尚未證實(shí)，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(yùn)作在1.6GB/s平行模式，而在串行模式下每信道運(yùn)作速度可達(dá)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(jì)今年底問(wèn)世。

 

在此同時(shí)，Rambus公司稱其Mobile XDR可提供高達(dá)17GB/s的帶寬。Mobile XDR補(bǔ)足了LPDDR3的不足之處，Rambus的Gebhart說(shuō)。LPDDR3 500mW功耗閾值的特性已經(jīng)“超過(guò)”了這個(gè)產(chǎn)業(yè)的目標(biāo)，他說(shuō)。“ LPDDR3確實(shí)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(shí)現(xiàn)，也可能不會(huì)實(shí)現(xiàn)。我們還可看到另一種技術(shù)M-Phy，該技術(shù)由行動(dòng)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(jī)、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(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，但對(duì)內(nèi)存也有一些影響。

 

 

步履蹣跚的技術(shù)競(jìng)賽

 

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

 

但其他的手機(jī)公司并未發(fā)表意見(jiàn)。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(gè)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(jī)、平板計(jì)算機(jī)和其他行動(dòng)設(shè)備的許多功能，如無(wú)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(rèn)可的mobile DRAM標(biāo)準(zhǔn)。

 

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(biāo)準(zhǔn)，但看來(lái)似乎已出現(xiàn)領(lǐng)先者。“wide I/O擁有許多優(yōu)勢(shì)，”TI的Brian Carlson說(shuō)。“最終整個(gè)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(cè)何者勝出為時(shí)尚早，但他同時(shí)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(shí)上，行動(dòng)設(shè)備對(duì)帶寬激增的需求，也刺激業(yè)者推出更強(qiáng)大的應(yīng)用處理器。該領(lǐng)域的主要競(jìng)爭(zhēng)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(hào)是 Krait，據(jù)說(shuō)每個(gè)核心可提供高達(dá) 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(jì)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(gè)版本：針對(duì)智慧手機(jī)的OMAP5430；以及針對(duì)行動(dòng)運(yùn)算和消費(fèi)性產(chǎn)品的OMAP5432。