Наверняка, в обзорах смартфонов вы слышали словосочетание LPDDR5. Мы знаем, чем больше оперативной памяти, тем лучше. Но не всегда.
Это весной президент Xiaomi Group провел опрос в социальной сети Weibo, в котором спросил у фанатов: сколько оперативной памяти они бы хотели видеть в новом флагмане Redmi: 8 или 12 ГБ при одинаковой цене. И как вы думаете за какой вариант проголосовали фанаты? За 8 Гб. Но почему? Дело в том, что Xiaomi предлагали выбор 12ГБ стандарта LPDDR4x, и 8 ГБ стандарта LPDDR5. Но что такого нового в этом LPDDR5, чтобы идти на такие жертвы?
Сегодня мы разберемся в стандартах оперативной памяти. Выясним, чем отличается LPDDR от DDR. Узнаем как новая оперативка влияет на автономность устройств, помогает развитию 5G и спасает жизни водителей!
Память в мобильных устройствах и компьютерах, как вы знаете, можно поделить на два типа. Оперативная: ОЗУ или RAM, и постоянная: ПЗУ или ROM. В чём отличие?
Постоянная память называется энергонезависимой, то есть ПЗУ может хранить данные без подпитки энергией. Например, в флеш-памяти, которая используется в смартфонах, картах, памяти, SSD дисках и так далее — данные хранятся в CTR-ячейках, то есть ячейках с ловушкой заряда. Эти ловушки буквально способны запирать заряд и хранить в себе годами. Поэтому данные на SSD-диске не стираются когда вы выключаете компьютер. Также ПЗУ устройством можно назвать VHS-кассеты с магнитной лентой, CD-диски и даже перфокарты. В общем всё, что может хранить данные достаточно долго.
Оперативная память напротив — энергозависимая. То есть она способна хранить данные только при постоянной подпитке электричеством. Почему так? В оперативной памяти каждый бит данных хранится на маленьком конденсаторе. В конденсаторах есть преимущества: их можно очень плотно упаковать, а заодно можно очень быстро считывать записывать данные.
Но есть и большой недостаток: конденсаторы очень быстро разряжаются. Поэтому, чтобы данные сохранить их постоянно нужно обновлять. Например, типичный модуль DDR4 нужно обновлять каждые 64 мс.
Какая же бывает оперативная память? Немного поговорим о стандартах оперативной памяти.
С 1993 по 2000 года миром правил стандарт SDRAM - Synchronous Dynamic Random Access Memory: синхронная динамическая память с произвольным доступом. Стандарт был шикарным, но был недостаток, за один такт SDRAM могла принимать одну команду и передавать одно слово данных.
Поэтому в 2000 году появилась DDR-память, которая расшифровывается как Double Data Rate, то есть буквально — двойная скорость передачи данных. Название настолько крутое, что так можно было назвать суперсникерс. И крутость вполне оправдана, потому как теперь за один тактовый цикл передавалось две задачи записи и две операции чтения. Всё благодаря тому, что в DDR научились передавать данные по обеим частям синхросигнала, как по восходящему, так и по нисходящему. Отсюда и двойная скорость.
Стоит сказать, что DDR — это не замена SDRAM, а просто её частный случай. Поэтому полное название стандарта DDR SDRAM.
Итак, DDR — память быстрая-прекрасная, но, так как вы помните, что конденсаторы нужно постоянно подзаряжать эта память жрёт очень много энергии. И если для стационарных устройств это проблема решаемая, то для мобильных — критическая. Поэтому в 2006 году появилась новая разновидность DDR-памяти — LPDDR. Она отличалась пониженным напряжением питания с 2,5 В до 1,8 В, отсюда и название Low Power DDR. Также была уменьшена площадь чипа.
Как же им удалось сберечь немного энергии?
За счет двух хаков:
Естественно, эти оптимизации негативно повлияли на скорость работы памяти. Но стандарт быстро развивался и сейчас энергоэффективная память уже во многом предпочтительнее своего старшего брата.
LPDDR используется во многих ноутбуках, например MacBook, что позволяет экономить до 70-90% энергии в режиме сна. Тем более LPDDR5 уже вовсю ставят в смартфоны (Xiaomi Mi 10, например). А первые компьютеры на DDR5 в лучшем случае появятся только в 2022 году. Поэтому на данный момент, пропускная способность мобильной памяти может быть выше своего старшего собрата.
Например, новая память Samsung LPDDR5 6400 может отправлять 51,2 гигабайта данных или примерно 14 видеофайлов в формате Full HD (3,7 ГБ каждый) за секунду.
Но чем всё таки LPDDR5 отличается от прошлой версии? Давайте посмотрим.
LPDDR5 vs LPDDR4x
Начнём с того, что новый стандарт стал экономичнее на 20%: 0,5 В против 0,6 В. Это позволит продлить время жизни смартфона на 5-10% в режиме активного использования. А вот в режиме сна получится сэкономить до 40% энергии за счёт нового режима глубокого сна. Теперь, когда ваш смартфон или ноутбук спит, при желании можно будет полностью очистить оперативку и выгрузить её содержание в энергонезависимую память. Но в этом случае на обратное включение уйдет одна-две секунды. Зато можно не беспокоиться, что девайс сожрёт всё батарейку, когда спит.
Также было улучшено динамическое масштабирование частоты. В версии 4 и 4X была возможность выбора из двух рабочих частот, в LPDDR5 вариантов стало три.
Скорость передачи данных выросла до 6,4 Гбит/сек. Это полезно для SuperSlowMotion 960 fps и всяких VR приложений. И, вы не поверите, для работы в 5G сетях. 5G сети тупо быстрее современной оперативки, представляете?
Новый стандарт оперативки разрабатывали с учетом появления беспилотных автомобилей и прочих девайсов, в которых любой сбой в работе системы чреват тяжкими последствиями. Поэтому в LPDDR5 появилась поддержка дополнительного сигнала коррекции ошибок - Link Error Correcting Code (ECC). Поэтому, когда будете брать себе тачку с автопилотом, проверьте есть ли там LPDDR5.
С новой памятью уже есть куча смартфонов. Например, программа DevCheck показывает, что мой OnePlus 8 Pro заряжен 12 GB LPDDR5 2750 МГц с пропускной способностью 44 ГБ / с. Неплохо.
Другие модели в которых уже стоит новая память:
Но стоит ли гнаться за самой последней оперативкой в смартфонах? Думаю, нет. Грамотно оптимизированный смарт со старой памятью будет и быстрее работать, и дольше.
Но вот если вам нужен долгоживущий ноутбук. Я бы присмотрелся к моделям с LPDDR5, как только они появятся на рынке.
Это весной президент Xiaomi Group провел опрос в социальной сети Weibo, в котором спросил у фанатов: сколько оперативной памяти они бы хотели видеть в новом флагмане Redmi: 8 или 12 ГБ при одинаковой цене. И как вы думаете за какой вариант проголосовали фанаты? За 8 Гб. Но почему? Дело в том, что Xiaomi предлагали выбор 12ГБ стандарта LPDDR4x, и 8 ГБ стандарта LPDDR5. Но что такого нового в этом LPDDR5, чтобы идти на такие жертвы?
Сегодня мы разберемся в стандартах оперативной памяти. Выясним, чем отличается LPDDR от DDR. Узнаем как новая оперативка влияет на автономность устройств, помогает развитию 5G и спасает жизни водителей!
Память в мобильных устройствах и компьютерах, как вы знаете, можно поделить на два типа. Оперативная: ОЗУ или RAM, и постоянная: ПЗУ или ROM. В чём отличие?
ПЗУ
Постоянная память называется энергонезависимой, то есть ПЗУ может хранить данные без подпитки энергией. Например, в флеш-памяти, которая используется в смартфонах, картах, памяти, SSD дисках и так далее — данные хранятся в CTR-ячейках, то есть ячейках с ловушкой заряда. Эти ловушки буквально способны запирать заряд и хранить в себе годами. Поэтому данные на SSD-диске не стираются когда вы выключаете компьютер. Также ПЗУ устройством можно назвать VHS-кассеты с магнитной лентой, CD-диски и даже перфокарты. В общем всё, что может хранить данные достаточно долго.
ОЗУ
Оперативная память напротив — энергозависимая. То есть она способна хранить данные только при постоянной подпитке электричеством. Почему так? В оперативной памяти каждый бит данных хранится на маленьком конденсаторе. В конденсаторах есть преимущества: их можно очень плотно упаковать, а заодно можно очень быстро считывать записывать данные.
Но есть и большой недостаток: конденсаторы очень быстро разряжаются. Поэтому, чтобы данные сохранить их постоянно нужно обновлять. Например, типичный модуль DDR4 нужно обновлять каждые 64 мс.
Какая же бывает оперативная память? Немного поговорим о стандартах оперативной памяти.
SDRAM
С 1993 по 2000 года миром правил стандарт SDRAM - Synchronous Dynamic Random Access Memory: синхронная динамическая память с произвольным доступом. Стандарт был шикарным, но был недостаток, за один такт SDRAM могла принимать одну команду и передавать одно слово данных.
DDR
Поэтому в 2000 году появилась DDR-память, которая расшифровывается как Double Data Rate, то есть буквально — двойная скорость передачи данных. Название настолько крутое, что так можно было назвать суперсникерс. И крутость вполне оправдана, потому как теперь за один тактовый цикл передавалось две задачи записи и две операции чтения. Всё благодаря тому, что в DDR научились передавать данные по обеим частям синхросигнала, как по восходящему, так и по нисходящему. Отсюда и двойная скорость.
Стоит сказать, что DDR — это не замена SDRAM, а просто её частный случай. Поэтому полное название стандарта DDR SDRAM.
LPDDR
Итак, DDR — память быстрая-прекрасная, но, так как вы помните, что конденсаторы нужно постоянно подзаряжать эта память жрёт очень много энергии. И если для стационарных устройств это проблема решаемая, то для мобильных — критическая. Поэтому в 2006 году появилась новая разновидность DDR-памяти — LPDDR. Она отличалась пониженным напряжением питания с 2,5 В до 1,8 В, отсюда и название Low Power DDR. Также была уменьшена площадь чипа.
Как же им удалось сберечь немного энергии?
За счет двух хаков:
- На низких температурах заряд из памяти утекает медленнее, поэтому, если сильно память не гнать, то можно увеличить интервалы обновления наших конденсаторов. Так и сделали.
- Добавили режим Deep Power Down и это не фильм Ридли Скотта про вертолёт (Black Hawk Down), а просто режим глубокого сна, в котором из памяти стирается абсолютно всё, (как и сюжет этого фильма из моей памяти).
Развитие LPDDR
Естественно, эти оптимизации негативно повлияли на скорость работы памяти. Но стандарт быстро развивался и сейчас энергоэффективная память уже во многом предпочтительнее своего старшего брата.
LPDDR используется во многих ноутбуках, например MacBook, что позволяет экономить до 70-90% энергии в режиме сна. Тем более LPDDR5 уже вовсю ставят в смартфоны (Xiaomi Mi 10, например). А первые компьютеры на DDR5 в лучшем случае появятся только в 2022 году. Поэтому на данный момент, пропускная способность мобильной памяти может быть выше своего старшего собрата.
- DDR4 2400 DUAL: (2400 x 64 / 8)*2 =38,4 ГБ / с
- LPDDR5 6400 QUAD: (6400 x 32 / 8)*4 = 51,2 ГБ / с
Например, новая память Samsung LPDDR5 6400 может отправлять 51,2 гигабайта данных или примерно 14 видеофайлов в формате Full HD (3,7 ГБ каждый) за секунду.
LPDDR5
Но чем всё таки LPDDR5 отличается от прошлой версии? Давайте посмотрим.
LPDDR5 vs LPDDR4x
Начнём с того, что новый стандарт стал экономичнее на 20%: 0,5 В против 0,6 В. Это позволит продлить время жизни смартфона на 5-10% в режиме активного использования. А вот в режиме сна получится сэкономить до 40% энергии за счёт нового режима глубокого сна. Теперь, когда ваш смартфон или ноутбук спит, при желании можно будет полностью очистить оперативку и выгрузить её содержание в энергонезависимую память. Но в этом случае на обратное включение уйдет одна-две секунды. Зато можно не беспокоиться, что девайс сожрёт всё батарейку, когда спит.
Также было улучшено динамическое масштабирование частоты. В версии 4 и 4X была возможность выбора из двух рабочих частот, в LPDDR5 вариантов стало три.
Скорость передачи данных выросла до 6,4 Гбит/сек. Это полезно для SuperSlowMotion 960 fps и всяких VR приложений. И, вы не поверите, для работы в 5G сетях. 5G сети тупо быстрее современной оперативки, представляете?
Новый стандарт оперативки разрабатывали с учетом появления беспилотных автомобилей и прочих девайсов, в которых любой сбой в работе системы чреват тяжкими последствиями. Поэтому в LPDDR5 появилась поддержка дополнительного сигнала коррекции ошибок - Link Error Correcting Code (ECC). Поэтому, когда будете брать себе тачку с автопилотом, проверьте есть ли там LPDDR5.
С новой памятью уже есть куча смартфонов. Например, программа DevCheck показывает, что мой OnePlus 8 Pro заряжен 12 GB LPDDR5 2750 МГц с пропускной способностью 44 ГБ / с. Неплохо.
Другие модели в которых уже стоит новая память:
- Xiaomi MI 10 5G
- Redmi K30 Pro
- Realme X50 Pro 5G
- OnePlus 8 / 8 Pro
- Samsung Galaxy S20 / S20+ / S20 Ultra
- Samsung Galaxy Note 20 / 20 Ultra
- Samsung Galaxy Z Flip
- Samsung Galaxy Z Fold 2
- Vivo IQOO 3 Pro
- Vivo IQOO 5 / 5 Pro
- Vivo NEX 3S 5G
- Nubia Red Magic 5S
- Motorola Edge+
- ZTE Axon 10s Pro
Но стоит ли гнаться за самой последней оперативкой в смартфонах? Думаю, нет. Грамотно оптимизированный смарт со старой памятью будет и быстрее работать, и дольше.
Но вот если вам нужен долгоживущий ноутбук. Я бы присмотрелся к моделям с LPDDR5, как только они появятся на рынке.
VelocidadAbsurda
Извиняюсь, но 5G быстрее LPDDR4 примерно так же, как миллион долларов больше скорости света, т.к та «всего 300 тысяч».
sinc
А меня интересует другое. Вот пропускная способность 6,4 Гбит/с. А это как? Как она реально может быть достигнута? Даже если представить, что мы просто считываем память байт за байтом, то часть времени все равно придется прерваться на «перезарядку». Ну а если мы еще к разным участкам памяти обращаемся, то к этому нужно еще добавить время на смену ячейки. Какая реальная-то получится скорость произвольного доступа?
nerudo
Я не знаю можно ли распространять эти цифры на ситуацию в целом, но Xilinx для своего контроллера памяти DDR3/DDR4 говорит, что при последовательной записи/чтении утилизация составляет порядка 90% от максимальной пропускной способности (тех самых 6,4), для случайных адресов — 25%.
sinc
В общем, важно время ответа (на чтение или на запись), а не скорость. Потому что в основном приходится обращаться к разным участкам памяти, т.к. одновременно работает несколько приложений. Вот и интересно, на сколько изменилось это время для разных моделей памяти.
HardWrMan
Для этого есть такие параметры как тайминг. Во времена SDRAM интересовал лишь один из них CAS Latency, который означал сколько тактов надо ждать после ввода команды прежде чем появятся данные на выходе.
Для PC133 были CL3 у медленных и CL2 у быстрых модулей, т.е. самое маленькое время это (1/133)*2=0,015 мкс или 15 нс.
А теперь глянем на DDR4, что стоит у меня (учтём только CL): 19 тактов при частоте 1333 МГц (DDR4-2666). Посчитаем: (1/1333)*19=0,0142 мкс или 14,2 нс.
Ну и где прорыв то? А прорыв в другом. Физику конденсаторов не обмануть, но можно оптимизировать передачу данных и интерфейс. У DDR4 выборка из матрицы шире (зависит от организации матрицы и соотношения между разрядностью RAS и CAS), а значит она в одном пакете выдаст больше данных. И можно интерливом сунуть команду следующего обращения и пока она будет исполняться забирать большой кусок данных из внутреннего буфера от предыдущего обращения.
В общем, все улучшения xDRAM памяти идут по пути оптимизации обслуживающих массив ячеек систем. Но есть и действительно прорывные решения. Я об GDDR6X, которая хранит не 2 а 4 уровня в одной ячейке. И тут, если предположить идеальность компаратора, мы имеем не только уплотнение обьёма в 2 раза но и удвоение скорости в те же 2 раза, т.к. с одной ячейки считываются сразу 2 бита за одну операцию.
sinc
Можно много памяти считать, только куда ее деть? Кеша в проце мало. Так что пора (уже давно) вычисления в память переносить.
HardWrMan
Так ведь суть не в «куда считать». Кеш как класс появился только из-за того, что скорость работы памяти сильно отстала от скорости ядра. Если её подтянуть до скорости ядра, то кеш автоматом перестаёт быть нужным. Это всегда компромисс между «хочу» и «могу».
Sin2x
Скорость обработки и скорость передачи данных измеряются в одних величинах. Другое дело, что 5G вряд ли может передавать данные быстрее, чем LPDDR4 их обрабатывать, там 10 гигабит теоретический максимум, а LPDDR4x ближе к 35 гигабайт/сек может выдавать.
VelocidadAbsurda
Более развёрнуто: 6400 Мбит/с у LPDDR5 и 2400 Мбит/с у DDR4 — НЕ скорости чтения/записи массива целиком (в таком случае DDR4 была бы медленнее SATA дисков с их 6 Гбит/с, но мы на практике знаем что это совсем не так), а скорость в одиночной линии данных, коих будет параллельно 16/32/64/128. Вон и в статье есть расчёт скорости в МБайт/с для dual channel DDR4 и quad channel LPDDR5, и в обоих случаях скорости порядка десятков ГБайт/с.