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2020 年 5G 旗艦手機(jī)的標(biāo)配是什么？密密麻麻的攝像頭，人工智能芯片，Wi-Fi6 技術(shù)，屏下指紋識(shí)別？最近手機(jī)廠商紛紛開麥，表示 LPDDR5 必須有姓名。
LPDDR，全稱 Low Power Double Data Rate，是美國(guó) JEDEC 固態(tài)技術(shù)協(xié)會(huì)面向低功耗內(nèi)存而制定的通信標(biāo)準(zhǔn)。而 LPDDR5，作為當(dāng)下最新的內(nèi)存標(biāo)準(zhǔn)，聽起來似乎沒毛病。
畢竟什么億級(jí)像素、4K 高清視頻、VR 游戲等等各種炫酷的 5G 創(chuàng)新應(yīng)用和交互，都需要高通量的數(shù)據(jù)讀寫與存儲(chǔ)空間來支撐。
而一個(gè)有意思的現(xiàn)象是，內(nèi)存升級(jí)往往是上游制造商主動(dòng)發(fā)布新硬件，比如三星公司（Samsung）正在大力宣傳其最新的 LPDDR5 智能手機(jī)，聲稱為 5G 和 AI 智能手機(jī)做好了準(zhǔn)備，而不是被動(dòng)等待市場(chǎng)的自主進(jìn)化與選擇。
相繼在存儲(chǔ)上做文章的手機(jī)廠商，又在其中扮演了何種角色呢？
5G 時(shí)代的內(nèi)存和閃存，需要怎樣的超能力？
“請(qǐng)問怎么樣才算對(duì)手機(jī)存儲(chǔ)入門了？”
“很簡(jiǎn)單，你只要把 DRAM、NAND、LPDDR3、LPDDR4、LPDDR4x、LPDDR5、eMMC、UFC、uMCP 等都學(xué)一遍，就算了解了一點(diǎn)皮毛吧?！?/p>
觀看數(shù)個(gè)小時(shí)的手機(jī)發(fā)布會(huì)，小朋友，你是否有很多問號(hào)？？
所以，我們今天就試圖抽絲剝繭地解釋這個(gè)問題。
我們知道，智能手機(jī)的內(nèi)存管理機(jī)制和電腦的工作流程其實(shí)是差不多的。
閃存 ROM 就像是一個(gè)巨大的蓄水池，里面存儲(chǔ)的都是可以長(zhǎng)期存在的資源，拍下的照片、下載的視頻、收發(fā)的文檔等等，都保存在這里。
如果說閃存 ROM 突顯的是家大業(yè)大的“富有感”，那么閃存 RAM 就像是家門口的大馬路，是手機(jī)芯片和數(shù)據(jù)之間的橋梁，人類發(fā)出的程序和指令都要通過內(nèi)存發(fā)送給處理器（高性能芯片）進(jìn)行運(yùn)算，進(jìn)而再將處理好的數(shù)據(jù)傳送回去。越寬敞的馬路，自然更容易獲得“主播帶你上高速”的爽感。
智能手機(jī)的豐富功能，也讓內(nèi)存必須實(shí)現(xiàn)“多車道通行”，也就是多任務(wù)同時(shí)運(yùn)行的能力?！扒逭瞎δ堋币脖夭豢缮伲坏┌l(fā)現(xiàn)有任務(wù)在道路上停留占道，防止其他應(yīng)用順滑運(yùn)行，自然也要想辦法關(guān)閉它。這也是許多“XX 管家”清理功能所干的事兒。
那么，5G 的到來，又給手機(jī)內(nèi)存帶來了哪些新的挑戰(zhàn)呢？
首先，是“流量”的增大。5G 有著更高的容量和更快的速度，需要處理器完成對(duì)內(nèi)存數(shù)據(jù)大通量吞吐的要求。
像是 4K 視頻傳輸、傳感器交互、智能汽車等 AI 級(jí)能力，內(nèi)存的寫入和讀取效率都直接決定著用于體驗(yàn)。
其次，為了保證快速的響應(yīng)時(shí)間，5G 開始應(yīng)用分布式計(jì)算，很多數(shù)據(jù)處理也被從中心網(wǎng)絡(luò)下放到了邊緣處理器。尤其是對(duì)任務(wù)低時(shí)延的考驗(yàn)，在線游戲、人工現(xiàn)實(shí)（AR）和虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）、自動(dòng)駕駛，甚至遠(yuǎn)程手術(shù)等等。
因此內(nèi)存也開始需要考慮對(duì)異構(gòu)數(shù)據(jù)的處理能力，即附加各種計(jì)算元素的需求，讓其走到哪里都能夠?yàn)楦咝阅芴幚砥魈峁┏渑?、通暢的“原料”?/p>
最后，對(duì)內(nèi)存能耗的管理效率也需要提升。手機(jī)外殼、電池可以維修和更換，但內(nèi)存卻必須擁有高持久性和安全性，至少在換機(jī)周期內(nèi)必須足夠堅(jiān)強(qiáng)。
而當(dāng) 5G 與 4G 融合時(shí)，各種傳輸點(diǎn)、傳輸塔和其他網(wǎng)絡(luò)鏈路之間的通信，也增加了對(duì)閃存、內(nèi)存等關(guān)鍵元件在耐用性、耐溫性等方面的要求。
因?yàn)?5G 流媒體傳輸會(huì)攜帶更多的數(shù)據(jù)（比如高質(zhì)量的視頻），這就要求內(nèi)存到閃存之前要緩沖的幀數(shù)就越多。一些復(fù)雜的智能推斷任務(wù)，也需要更高級(jí)別的帶寬，將直接導(dǎo)致壓力和損耗，降低內(nèi)存的壽命。
沒有用戶會(huì)愿意購(gòu)買一臺(tái)先天壽命短暫的手機(jī)。所以，內(nèi)存的發(fā)展勢(shì)必會(huì)朝著帶寬更大、功耗更低的方向發(fā)展。
內(nèi)存向何處進(jìn)化？1+1+1＞3 的路線圖
既然內(nèi)存是 5G 手機(jī)的壓力源，那么直接拉升內(nèi)存的技術(shù)高度行不行呢？
近期被不少手機(jī)品牌稱為“5G 時(shí)代旗艦機(jī)標(biāo)配”的 LPDDR5，就是在這一指導(dǎo)思想下誕生的。
智能手機(jī)通常會(huì)會(huì)應(yīng)用最新標(biāo)準(zhǔn)的 LPDDR 產(chǎn)品，按目前的進(jìn)展也就是第五代 LPDDR5；而一些對(duì)性能需求不太高的汽車內(nèi)嵌存儲(chǔ)、臺(tái)式機(jī)等等則可以滯后一點(diǎn)，應(yīng)用成本較低的 LPDDR4、LPDDR3 等。
相較上一代 LPDDR4 標(biāo)準(zhǔn)，2019 年 2 月發(fā)布的 LPDDR5，支持多 Bank Group 模式，相當(dāng)于數(shù)據(jù)傳輸從單車道變?yōu)槎嘬嚨?，增加更多的并行?shù)據(jù)通路，因此其 I/O 速度從 3200MT/s 提升到 6400MT/s，直接翻了一倍。
如果匹配高端智能機(jī)常見的 64bit BUS，每秒可以傳送 51.2GB 數(shù)據(jù)（相當(dāng)于 12 部全高清電影）。大家品品，這才是與 5G 手機(jī)相匹配的內(nèi)存嘛？
除了性能更高之外，到了 LPDDR5 這一代，其功耗管理水平也提升了。
中國(guó)三星官方微博宣稱，相同工作速率下，LPDDR5 比 LPDDR4x 功耗節(jié)省 14%。美光也對(duì)外表示，其量產(chǎn)的 LPDDR5 可以讓手機(jī)續(xù)航時(shí)間延長(zhǎng) 5%到 10%。
另外，LPDDR5 引入了數(shù)據(jù)復(fù)制（Data-Copy）和寫 X（Write-X），可以將單個(gè)陣腳的數(shù)據(jù)直接復(fù)制到其它針腳，依靠出色的數(shù)據(jù)傳輸速率提升，可以通過高速運(yùn)轉(zhuǎn)來充分釋放處理器的性能，讓它以更快的速度處理數(shù)據(jù)，從而更早地進(jìn)入“睡眠模式”，也就不用長(zhǎng)時(shí)間、高負(fù)荷地工作。
Write-X 則減少了 SoC 芯片和 RAM 傳遞數(shù)據(jù)時(shí)的耗電，這樣，就讓折疊屏等大尺寸、多任務(wù)的高頻交互協(xié)作在終端成為可能，而不會(huì)給手機(jī)功耗控制帶來過大的壓力。
所以，由于 LPDDR5 能以“零時(shí)差”的時(shí)間來完成數(shù)據(jù)的處理并且存儲(chǔ)，因此在同時(shí)運(yùn)行視頻、游戲、屏幕分享等多個(gè)應(yīng)用時(shí)，其反應(yīng)也更加從容，從而得以解決卡頓、黑屏等問題。
既然如此，是不是所有內(nèi)存卡都升級(jí)成 LPDDR5 就行了呢？當(dāng)然不是。三星從 2015 年開始向 LPDDR5 過渡，五年時(shí)間才推出了第一代相應(yīng)終端，就足以說明問題。
這就要提到第二個(gè)限制手機(jī)存儲(chǔ)能力進(jìn)化的技術(shù)，那就是閃存。
大家可能會(huì)說，閃存不就是一個(gè)存放數(shù)據(jù)的憨憨倉庫嗎，把它做大，做得比友商還大，不就行了？
但問題是，閃存和內(nèi)存是一套基礎(chǔ)建設(shè)，修好了八通道的高速路，但倉庫的進(jìn)出庫只靠一個(gè)行動(dòng)遲緩的管理員，是不是有點(diǎn)違和了？
所以，從 2011 年就開始在手機(jī)上應(yīng)用的 eMMC 閃存，全稱 embedded Multi Media Card，即“嵌入式多媒體存儲(chǔ)卡”，一種大規(guī)模應(yīng)用在手機(jī)或平板電腦等產(chǎn)品的內(nèi)嵌式存儲(chǔ)器標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格，自然也要跟著發(fā)生進(jìn)化。
從 2016 年開始，手機(jī)處理器開始支持另一種標(biāo)準(zhǔn)——通用閃存存儲(chǔ)，Universal Flash Storage，簡(jiǎn)稱 UFS。此后，UFS 就開始出現(xiàn)在一眾高端旗艦手機(jī)當(dāng)中。目前最新的 UFS 3.0，單通道帶寬可達(dá) 11.6Gbps，已經(jīng)相繼搭載在三星 Note10、魅族 16T、iQOO Neo 855 等硬件中。
二者的區(qū)別在哪里呢？
簡(jiǎn)而言之，eMMC 閃存是基于并行數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)打造，同一時(shí)刻只能執(zhí)行讀或者寫，所以傳輸比較慢；而 UFS 則基于串行數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，每次只有兩個(gè)數(shù)據(jù)通道，傳輸時(shí)速吊打 eMMC。所以在安裝和打開大型游戲或應(yīng)用時(shí)，UFS 2.1 的耗時(shí)都更短。
所以很多時(shí)候 LPDDR5 常常會(huì)和 UFS 一起出現(xiàn)。
不過，UFS 的終端優(yōu)勢(shì)釋放，自然也要依靠整體硬件的改變來展現(xiàn)。
這就不得不提到第三個(gè)限制技術(shù)——uMCP。
MCP 全稱是 Multi Chip Package 多芯片封裝，能夠簡(jiǎn)化 PCB 板的結(jié)構(gòu)，從而讓設(shè)計(jì)、組裝、測(cè)試良率都得以提高。
上一代的封裝技術(shù) eMCP，是將 eMMC 和低功耗 DRAM 兩顆芯片高度集成，從而直接降低手機(jī)成本，縮短出貨周期，可以說為中低檔智能手機(jī)的普及做出了不少貢獻(xiàn)。
既然是成本神器，符合 5G 手機(jī)全面普及的訴求，又順應(yīng) UFS 繼承 eMMC 的趨勢(shì)，所以新的封裝技術(shù) uMCP，自然也就取代了 eMCP，開始上位了。
（三星宣布量產(chǎn)首批 12GB LPDDR4X uMCP 芯片）
uMCP 結(jié)合 LPDDR 和 UFS，不僅具有高性能和大容量，同時(shí)比 PoP 封裝+分立式 eMMC 或 UFS 的解決方案，占用的空間減少了 40%。
三星為中端市場(chǎng)推出的 12GB uMCP 解決方案，就將顆 24Gb LPDDR4X 芯片與 eUFS 3.0 NAND 閃存結(jié)合到一個(gè)封裝中，突破了目前的 8GB 封裝限制，可以讓中端智能手機(jī)也感受到 AI 功能、4K 視頻等前沿能力。不久前，又宣布交付全球首款量產(chǎn)應(yīng)用于高端智能手機(jī)的 LPDDR5 DRAM 芯片。
不過就在 3 月 11 日，三星被美光截胡了，后者打造了業(yè)界首個(gè) LPDDR5 DRAM 和 UFS 閃存相結(jié)合的多芯片封裝(uMCP)，速度可達(dá) 6400Mbps，比前一代接口性能提高 50%。
這被看做為解決 5G 數(shù)據(jù)瓶頸起到至關(guān)重要的作用，比如 IHS Markit 董事邁克爾楊（Michael Yang）就聲稱，美光科技的 uMCP 滿足了包括 5G 在內(nèi)的智能手機(jī)當(dāng)前和新興的需求。
所以說，隨著未來 10 年 5G 網(wǎng)絡(luò)的建成和普及，以及智能邊緣設(shè)備的增長(zhǎng)，從可視門鈴到自動(dòng)駕駛汽車，都將刺激對(duì)內(nèi)存和存儲(chǔ)的更多需求。根據(jù)客戶的需求趨勢(shì)判斷，美光認(rèn)為 2020 年，智能手機(jī)的平均容量將達(dá)到 5GB 的 DRAM 和 120GB 的 NAND。
而 uMCP，則是 LPDDR5+UFS 在 5G 時(shí)代的理想解決方案，三者相結(jié)合，才能真的讓 5G 手機(jī)體驗(yàn)上升到一個(gè)新臺(tái)階。
LPDDR5 獨(dú)領(lǐng)風(fēng)騷，5G 存儲(chǔ)變革卻還在云山之外
既然 5G 手機(jī)在存儲(chǔ)方面的表現(xiàn)，要靠多重技術(shù)的全面迭代，所以我們說，不能看到 LPDDR5 就自動(dòng)聯(lián)想到“5G 旗艦”，因?yàn)閷?shí)在是言之過早了。
究其原因，主要跟新技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)普及所必然面對(duì)的瓶頸有關(guān)。
首先，應(yīng)用了 LPDDR5 的 uMCP 芯片，生產(chǎn)難度增大，所以生產(chǎn)成本和采購(gòu)成本都比較高，更適合運(yùn)用在追求效能的頂級(jí)旗艦機(jī)種。
2 月 12 日，三星發(fā)布的新一代旗艦智能手機(jī) Galaxy S20 系列，內(nèi)存就搭載了全球首發(fā) LPDDR5， 5G 版本為 12GB LPDDR5 RAM。美光 LPDDR5 采用的是 1Y nm 光刻技術(shù)，基于 UFS 的多芯片封裝（uMCP5）技術(shù)應(yīng)用于智能手機(jī)。具體表現(xiàn)如何，還有待市場(chǎng)檢驗(yàn)。
此外，為了滿足更大內(nèi)存、閃存的需求，就需要更強(qiáng)悍的“芯臟”處理器，以及更大的電池容量，來保證足夠的續(xù)航。
這顯然不是一件容易的事，因?yàn)槊つ考哟箅姵刂粫?huì)讓手機(jī)的爆炸風(fēng)險(xiǎn)更高。如何平衡存儲(chǔ)、計(jì)算、續(xù)航等綜合體驗(yàn)，是一件考驗(yàn)頂層設(shè)計(jì)、研發(fā)、權(quán)衡的藝術(shù)，并不是拿一個(gè)供應(yīng)鏈解決方案就可以輕松超車的簡(jiǎn)單操作。
舉個(gè)例子，UFS 在存儲(chǔ)文件的打開速度上，和 eMMC 相比，用戶的感知并沒有特別大的差異，其體驗(yàn)優(yōu)勢(shì)主要在一些 100M 以上的大型游戲等方面以及文件傳輸上，集成到 uMCP 上之后，是否能真正轉(zhuǎn)化為消費(fèi)者真實(shí)可感的快樂，顯然離不開 PCB 設(shè)計(jì)、針對(duì)性優(yōu)化、實(shí)驗(yàn)室測(cè)試、生產(chǎn)線品控等層層把關(guān)。
另外，可以預(yù)見的是，伴隨著中國(guó)存儲(chǔ)產(chǎn)業(yè)的進(jìn)軍，比如長(zhǎng)江存儲(chǔ)去年剛剛重建 DRAM 事業(yè)群，合肥長(zhǎng)鑫 LPDDR5 也在規(guī)劃中，未來這一標(biāo)準(zhǔn)和存儲(chǔ)也將成為中低端手機(jī)的標(biāo)配。
今天被高高舉起的“5G 旗艦標(biāo)配”flag，到底是一口毒奶，還是真實(shí)的 5G 加速器，結(jié)果只能由消費(fèi)者自己買單來檢驗(yàn)了。
