從四通道到LPDDR4X重新認(rèn)識手機(jī)內(nèi)存

隨著高通驍龍835和聯(lián)發(fā)科Helio P20/X30的出現(xiàn)，一項(xiàng)名為LPDDR4X的內(nèi)存技術(shù)浮出了水面。借著這個(gè)機(jī)會，讓我們再來仔細(xì)探究一番與手機(jī)內(nèi)存相關(guān)的諸多技術(shù)吧。

內(nèi)存的通道指數(shù)

提起“雙通道”，電腦玩家想必非常熟悉。單通道內(nèi)存系統(tǒng)內(nèi)置1個(gè)64bit的內(nèi)存控制器，而雙通道內(nèi)存的意義就是將2個(gè)64bit的內(nèi)存控制器合并，實(shí)現(xiàn)128bit的內(nèi)存位寬，從而在理論上把內(nèi)存帶寬提高一倍（圖1）。然而，雙通道內(nèi)存除了可以較為明顯地提升集成顯卡的性能，對獨(dú)立顯卡平臺的性能卻沒有多少增益效果。

在智能手機(jī)領(lǐng)域，雙通道內(nèi)存的原理和電腦相似，而且可以換來更好看的跑分成績。以聯(lián)發(fā)科旗下的Helio P10和聯(lián)發(fā)科Helio X20為例，前者支持單通道LPDDR3-933MHz內(nèi)存（圖2），后者支持雙通道LPDDR3-800MHz內(nèi)存（圖3），二者在安兔兔測試中RAM內(nèi)存的差距顯著。

在過去的很長一段時(shí)間，雙通道內(nèi)存始終是高端處理器的專利，面向主流或低端市場的處理器則普遍僅支持單通道。好消息是，高通驍龍835將帶來對四通道內(nèi)存模式的支持，在內(nèi)存性能上將有進(jìn)一步的提升。與此同時(shí)，無論是驍龍660還是聯(lián)發(fā)科的Helio P20，這些面向主流市場的手機(jī)處理器也將雙通道內(nèi)存納入了標(biāo)配功能?？梢灶A(yù)見，智能手機(jī)內(nèi)存距離大范圍的“脫單（通道）”不遠(yuǎn)了。

重新認(rèn)識LPDDR RAM

看到這里可能很多讀者都會冒出一個(gè)疑問：手機(jī)內(nèi)存是LPDDR3或LPDDR4，它們和電腦領(lǐng)域的DDR3或DDR4有啥區(qū)別呢？

簡單來說，LPDDR RAM是“低功耗雙倍數(shù)據(jù)速率內(nèi)存”的縮寫，與電腦領(lǐng)域的DDR3內(nèi)存相比可以在帶來等效性能（速度）的同時(shí)，兼顧更少的能源消耗（省電）。在產(chǎn)品形態(tài)上，LPDDR RAM也是以顆粒性為主（圖4），可以直接焊在手機(jī)的主板上。

以LPDDR4和DDR4為例，LPDDR4的總線位寬要更小一些，所以前面提到的“等效性能”還是存在略微的縮水，但是與更小的功耗開銷相比，這點(diǎn)耗損也就可以接受了。畢竟對智能手機(jī)而言，更小的硬件功耗換來的可是實(shí)實(shí)在在的續(xù)航提升。

需要注意的是，LPDDR RAM并非是智能手機(jī)的“專利”，很多超輕薄筆記本（如新MacBook）和PC平板二合一設(shè)備（如Surface），它們也都采用了LPDDR3/LPDDR4規(guī)格的板載內(nèi)存（圖5）。

全面進(jìn)入LPDDR4時(shí)代

除了通道數(shù)量以外，工作頻率也是影響內(nèi)存性能的關(guān)鍵參數(shù)。在LPDDR3時(shí)代，其工作頻率多以800MHz或933MHz為主，已經(jīng)跟不上核心架構(gòu)（如Cortex-A72/A73）升級的腳步了。于是，天生更快的LPDDR4內(nèi)存便出現(xiàn)了，并一舉將工作頻率提升到了1600MHz甚至更高。

增加內(nèi)存頻率雖然可以提升性能，但同時(shí)也會帶來更大的功耗，這不與智能手機(jī)領(lǐng)域追求更少能源消耗的硬件發(fā)展趨勢相悖嗎？沒錯(cuò)，所以LPDDR4在提升頻率的同時(shí)，還將運(yùn)行電壓從LPDDR3時(shí)代的1.2V下降到了1.1V，足以彌補(bǔ)頻率增加帶來的電量耗損。同時(shí)，LPDDR4還改進(jìn)了低頻節(jié)能模式，手機(jī)可以在執(zhí)行簡單后臺任務(wù)的同時(shí)將內(nèi)存的時(shí)鐘頻率降下來，從而實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)的節(jié)能效果。

正如引言所述，繼LPDDR4之后，“LPDDR4X”概念也伴隨著最新手機(jī)處理器出爐了。我們可以將LPDDR4X理解為LPDDR5之前的一個(gè)過渡技術(shù)，它最大的改進(jìn)就是進(jìn)一步提升了帶寬，工作電壓進(jìn)一步降到了0.6V，從而實(shí)現(xiàn)了更高性能、更小功耗（圖6）。

好消息是，這一次LPDDR4X并非旗艦處理器的專利，像驍龍660和聯(lián)發(fā)科Helio P20這種主流級別的處理器同樣得以支持。只是，LPDDR4X在Helio P20身上屬于“可選功能”，它同時(shí)也支持單通道的LPDDR3，能否用上最新的LPDDR4X技術(shù)還得看廠商對產(chǎn)品的具體定位和成本預(yù)算。

手機(jī)內(nèi)存的PoP能力

手機(jī)的身板很小，它的內(nèi)部空間可謂寸土寸金。為了節(jié)省出更多的空間來安置更大的電池，PoP（元件堆疊裝配技術(shù)，Package on Package）封裝技術(shù)便浮出了水面。

支持PoP是手機(jī)內(nèi)存的基本特性之一，通過這一技術(shù)就能將處理器芯片和內(nèi)存芯片封裝（疊放）在一起。這樣做的好處有兩點(diǎn)，第一是兩個(gè)部件合二為一，減少了電路板上的空間占用，讓電路板可以縮小，騰出更多空間用于放置電池；第二則是處理器需要通過金屬引線頻繁訪問內(nèi)存，疊放可以使得引線的長度最短，從而降低線路噪音、訪問延遲、電力損耗。

如今絕大多數(shù)手機(jī)都采用了PoP的方式，讓處理器和內(nèi)存芯片玩起了疊羅漢的游戲，而且大都是處理器在下、內(nèi)存在上（圖7）。理論上PoP封裝的內(nèi)存和處理器芯片可以通過熱風(fēng)槍將中間銜接的錫吹軟，再用鑷子鉗將它們分離開來。