Спецификация LPDDR4 удваивает пропускную способность памяти

Ассоциация по технологиям твердотельной памяти, также известная как JEDEC, недавно представила спецификацию JESD209-4 (LPDDR4), созданную с целью значительного повышения скорости и эффективности работы памяти в мобильных устройствах: смартфонах, планшетах, ультратонких ноутбуках. Согласно спецификации LPDDR4, скорость обмена данными достигнет 4266 млн. пересылок в сек. (2133 млн. пересылок в сек. по спецификации LPDDR3). Для достижения такого уровня производительности члены комитета полностью переделали архитектуру – ушли от 1-канального 16-битного кристалла к 2-канальному 16-битному аналогу, что в совокупности обеспечивает 32-битной разрядностью.

Согласно председателю директоров JEDEC, Миану Куддусу, новый интерфейс обеспечивает значительным ростом производительности. Он соответствует новым требованиям по энергопотреблению, корпусированию, стоимости и совместимости, предъявляемым к компонентам в самых передовых мобильных системах.

Двухканальная архитектура способствует сокращению пути, которое должны пройти сигналы от компонентов памяти до контактных столбиков интерфейса ввода/вывода. За счёт этого сокращается затраченная энергии при передаче больших объёмов данных. Поскольку большая часть монтажного пространства модуля памяти занято непосредственно матрицей ЗУ, удвоение площади под интерфейс не даёт значительно выигрыша в итоговой производительности.

Ещё одним сильным моментом новой архитектуры является объединение тактовой и адресной шин вместе с шиной данных. Задержка между шиной данных и другими шинами минимизируется, благодаря чему устройство со спецификацией LPDDR4 достигает более высокой пропускной способности. Это способствует экономии энергии и уменьшению временных задержек, если сравнивать с архитектурой LPDDR3.

«Со времён LPDDR2 спецификация LPDDR3 претерпела эволюционные изменения. Новая спецификация LPDDR4 – также сильно отличается от LPDDR3. – отмечает Хун Вуон, глава подразделения JC-42.6. – Мы знали, что для достижения ожидаемой производительности необходимо полностью переделать предыдущую архитектуру».

Стандарт JESD209-4 LPDDR4, разработанный подразделением JC-42.6, доступен для свободной загрузки на сайте JEDEC.

Помня о том, что повышение частоты интерфейса LPDDR3 ведёт к слишком большому потреблению питания, комитет JEDEC решил полностью изменить уровни сигналов ввода/вывода на низковольтную логику LVSTL («low-voltage swing-terminated logic»).

Напряжение для логики LVSTL: 364 либо 440 мВ –менее 50 % от размаха напряжения ввода/вывода в спецификации LPDDR3. Это способствует снижению энергопотребления при сохранении высокочастотной работы. Кроме того, использование терминирования с напряжением Vssq и инвертирования шины данных позволили сократить потребление питания.

Некоторые другие шаги были проделаны для экономии питания. Рабочее напряжение было сокращено с 1,2 до 1,1 В. Стандарт был специально спроектирован под энергоэффективную работу в широком диапазоне частот. Интерфейс ввода/вывода может работать в нетерминированном режиме на низких частотах при малом размахе напряжения. Стандарт позволяет мгновенно переключать режимы, поэтому энергетически эффективная работа достигается в любой возможный момент.

Мгновенное переключение возможно благодаря внедрению точек установки частоты (FSP, «frequency set points»). В спецификации LPDDR4 предусмотрено две точки FSP, копирующих все регистры DRAM, которые хранят рабочие параметры. Параметры должны меняться во время работы на двух различных частотах. Когда получены значения обеих частот, а параметры сохранены в каждой точке FSP, переключение между частотами достигается посредством записи в регистр. Таким образом, сокращается задержка в момент смены частот, а система более часто работает с оптимальной скоростью для соответствующей нагрузки.

По словам Вуона, «некоторые проектировщики стараются достичь максимально быстрой работы своих устройств с возможностью ухода в энергосберегающий режим. Другие инженеры используют другой подход, когда устройство работает по возможности на низких частотах и при меньшем энергопотреблении. Мы создали LPDDR4 для того, чтобы конечный пользователь решал, как должно работать их устройство». Гибкие возможности архитектуры способствуют отличным рабочим характеристикам устройств. При неизменной производительности, устройства со спецификацией LPDDR4 потребляют меньше энергии (в сравнении с LPDDR3).