開篇

談DDR和LPDDR肯定必須先聊一下動態隨機記憶體DRAM，動態隨機記憶體（DRAM）和靜態隨機記憶體（SRAM）同屬於易失性記憶體，在斷電狀態下數據會遺失。 兩者因結構不同，其應用場景有很大的不同。 SRAM讀寫速度快，製造成本高，常用於對容量要求較小的高速緩衝記憶體，如CPU一級、二級緩存等。 DRAM則是我們常說的記憶體。

DRAM競爭格局歷經洗牌，現階段韓國三星、海力士和美光三大公司壟斷市場，TOP3市占率超過95%。 其實DRAM最早是由IBM發明，然後由英特爾（後轉型CPU）發揚光大，70年代英特爾一度是全球DRAM寡頭，後續隨半導體產業轉移以及日本和韓國政府先後以政府名義號召和大力支持下參與DRAM先進制程競賽，日本也曾一度超過美國成為DRAM全球最大的製造國，直到被韓國三星、海力士取代。

DDR SDRAM（簡稱DRAM）通過在雙列直插式記憶體模組（DIMM）或分立式DRAM解決方案中提供密集、高性能和低功耗的記憶體解決方案，以滿足此類記憶體要求。 JEDEC定義並開發了以下三種DRAM標準類別，幫助設計人員滿足目標應用的功耗、效能和規格要求：

1.標準DDR面向服務器、云計算、網絡、筆記型電腦、桌上型電腦和消費類應用，支持更寬的通道寬度、更高的密度和不同的形狀尺寸。

2.移動DDR面向移動和汽車這些對規格和功耗非常敏感的領域，提供更窄的通道寬度和多種低功耗運行狀態，所以也被稱為LPDDR，mDDR。

3.圖形DDR面向需要極高輸送量的數據密集型應用程序，例如圖形相關應用程序、資料中心加速和AI。 圖形DDR（GDDR）和高頻寬記憶體（HBM）是這一類型的標準。 本文不多做分析。

上述三種DRAM類別使用相同的DRAM陣列進行存儲，以電容器作為基本存儲元件。 但是，每個類別都提供獨特的架構功能，旨在最好地滿足目標應用程序的要求。

DDR的演進歷史

標準DDR DRAM（後簡稱DDR）在企業服務器、資料中心、筆記型電腦、桌上型電腦和消費類應用等應用領域隨處可見，可提供高密度和高性能。 從現時的數據看DDR4依舊是這一類別中最常用的標準，與其前代產品DDR3和DDR3L（DDR3的低功耗版本）相比具有多項效能優勢。 DDR5也於2022年正式商業化，2023年預測將成為主流。

小編就不走技術和資料流程來解釋DDR的發展歷史啦，更多的從需求衝突和使用場景來聊聊。

在之前單核心和多核心時代，人們只需要不斷地提升記憶體的資料傳輸頻寬就能够提升CPU獲取數據的能力。 不過隨著CPU內核數量繼續保持上升趨勢，CPU尤其是單個CPU核心的數據獲取能力難以增長，甚至陷入了停滯的地步。

從美光科技公開的資料顯示，2000年到2019年，記憶體頻寬大幅度提升，從約1GB/s迅速提升至現時的接近200GB/s，但這仍趕不上處理器覈心數量大幅度提升。 從早期的單覈心、雙核，到現時一個系統中最高可以超過60個處理器覈心，在超多覈心處理器的系統中，每個處理器內核的可用頻寬是嚴重不足的，DRAM頻寬迫切需要改善。

對於行業客戶，從2014年使用至今的DDR4記憶體正面臨著來自密集數據計算和企業資料中心越來越龐大的效能與容量壓力。 企業只能通過購置更多服務器和連接埠來緩解這一壓力。 相較DDR4記憶體，DDR5記憶體在頻寬上實現翻倍提升，在容量上更是達到DDR4標準的4倍，LRDIMM最大容量甚至可以達到2TB，搭配多通道的多路服務器，將在未來極大緩解行業客戶的服務器壓力。對於消費級市場，隨著處理器效能的提升，高頻率記憶體以及大容量記憶體的需求正在逐年增加。 高解析度遊戲、高解析度影視作品讓程式消耗的記憶體越來越大，多線操作高效率的使用習慣使同時運行的程式增多。 回望5年前，4GB x 2的記憶體已是標配，現在8GB x 2記憶體都已略顯落後，16GB x 2的記憶體套裝銷量更是在逐年增長。

LPDDR的演進歷史

LPDDR是在DDR的基礎上多了LP（Low Power）首碼，又稱為mDDR（Mobile DDR SDRAM），擁有比同代DDR記憶體更低的功耗和更小的體積，該類型晶片主要應用於移動式電子產品等低功耗設備上，LPDDR4/4X，LPDDR5已經佔據了絕大多數手機市場，2022年12月初，隨著搭載驍龍8 Gen2和天璣9200主晶片的安卓手機問世，LPDDR5X也已經正式商業化。

LPDDR4的全新架構可以說是為行動裝置計算建立穩定的基礎。 行動裝置中的高清影片、高清拍攝等功能逐漸成熟後，對記憶體頻寬提出了極高的要求，這是之前LPDDR3以及其相關架構難以做到的。 囙此，JEDEC需要一種全新架構的產品來滿足行動裝置計算的需求並繼續在能耗和頻寬方面進行平衡，自此以後與行動裝置計算强綁定的LPDDR4誕生了。

LPDDR的低功耗設計中值得一提的是自LPDDR4X以後的IO電壓有別於儲存部分電壓，LPDDR4X是LPDDR4的科技擴展版本，LPDDR4X除了在頻率、效能上有所加强外，還帶來了進一步的功耗節省設計。 在新的規範中，LPDDR4X IO部分的電壓從1.1v降低至0.6V，資料儲存部分的電壓維持不變。

DDR和LPDDR的淵源

LPDDR記憶體是由DDR記憶體演化而來，由於LPDDR的使用場景更接近於DDR，所以LPDDR的發展過程和DDR有較大的交集。 09年出現LPDDR直到2013年的LPDDR3，可以說一直追隨著大哥的脚步。 值得注意的是，到了LPDDR3時代，LPDDR3以其不錯的效能和更加優秀的能耗比，開始被Mac Book air在內的筆記本平臺所採用。 後續隨著智慧手機等行動裝置愈發旺盛的市場和效能需求，LPDDR4開始按照自己的應用場景需求建立起自己的規範系統。

自此開始LPDDR與DDR分道揚鑣，由於大幅度更新了內部架構，囙此LPDDR4整體效能表現更為出色。 從圖3可以看出，同時期的LPDDR似乎無論是頻寬還是功耗，都强於DDR，為什麼DDR類的應用不直接採用LPDDR呢？ 以LPDDR4和DDR4為例，其一是DDR4記憶體的位寬更大，單條記憶體能够實現的頻寬更高，比如搭配案頭級CPU 128bit通道，DDR4僅需要2根，而LPDDR4需要4根； 第二點更重要，LPDDR通過降低電壓等手段實現了低功耗，代價是更高的延遲值，對現代高頻率CPU來說，尤其是電腦(PC)CPU頻率接近5GHz的情况下，更高的延遲值將會嚴重影響CPU的效能發揮。 囙此，一般情况下，同代LPDDR記憶體是要弱於同時代的DDR記憶體的，其核心原因就是它的頻寬更低、延遲值更高。

DDR IP市場規模

近年來，云計算、5G、物聯網、人工智慧等行業的快速發展，大大新增了對記憶體的需求。 作為記憶體科技的關鍵模塊，DDR PHY的市場需求也在快速增長作為重要的介面IP，DDR IP具有强大的市場需求。 根據IP nest的預測，從2015年到2024年，全球介面IP將保持16%的年均複合增長率。 未來幾年，DDR IP將繼續保持五類介面IP（USB、PCIe、DDR、D2D&Ethernet、Mipi）的前三名市場份額。

在DDR類IP市場中，國際廠商佔據了較高的市場份額，主要原因是DDR PHY的科技門檻很高，囙此要實現這種PHY的突破並不容易。 奎芯科技自21年成立之初就組建了專門的團隊設計DDR類介面IP，以軍哥為首的研發團隊即便有豐富的經驗，仍經歷了一年半時間的持續研發和創新，奎芯科技LPDDR 4X PHY IP在今年2月在台積電成功流片。 但是奎芯研發團隊知道作為一個積體電路IP行業的新玩家，研發追趕的步伐片刻不能停歇，在經歷過4X項目的歷練之後，奎芯LPDDR 5X項目也如火如荼的進行中。