LP-DDR(1)Edit
オリジナルの低消費電力 DDR (過去に遡って LPDDR1 と呼ぶこともあります) は、DDR SDRAM をわずかに修正し、全体の電力消費を削減するためにいくつかの変更を加えました。 さらに、温度補償リフレッシュ(DRAM が低温でリフレッシュする頻度を減らす)、部分的なアレイのセルフリフレッシュ、およびすべてのメモリ内容を犠牲にする「ディープパワーダウン」モードにより、消費電力を削減しています。 さらに、チップは小型化されており、非モバイル版の同等品よりも基板占有面積が小さくなっています。 サムスンとマイクロンはこの技術を提供する主要企業の1つで、iPhone 3GS、初代iPad、Samsung Galaxy Tab 7.0、Motorola Droid Xなどのタブレット端末や携帯電話に使用されています。
LP-DDR2Edit
Samsung K4P4G154EC-FGC1 4 Gbit LPDDR2 chip
新しい JEDEC 標準 JESD209-2E では、さらに劇的に改訂された低電力 DDR インターフェイスが定義されています。 DDR1 または DDR2 SDRAM とは互換性がなく、
- LPDDR2-S2: 2n プリフェッチ メモリ (DDR1 と同様)、
- LPDDR2-S4: 4n プリフェッチ メモリ (DDR2 と同様)、
- LPDDR2-N: NAND フラッシュ (不揮発) メモリに対応します。
低消費電力状態は、基本的な LPDDR と同様で、いくつかのパーシャル アレイ リフレッシュ オプションが追加されています。
タイミング パラメーターは、LPDDR-200 ~ LPDDR-1066 (クロック周波数 100 ~ 533 MHz) で規定されます。 コマンドは、プリチャージとバーストターミネイトのオペコードを再割り当てする以外は、通常の SDRAM と同様です。
CK | CA0 (RAS) |
CA1 (Cas) |
CA2 (We) |
CA3 | CA4 | CA5 | CA6 | CA7 | CA8 | CA9 | Operation | ||||||||||||||||
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H | H | -nop | |||||||||||||||||||||||||
↘ | – | ||||||||||||||||||||||||||
h | l | hH | – | Precharge all banks | |||||||||||||||||||||||
↘ | – | ||||||||||||||||||||||||||
h | l | h | l | – | ba0 | ba1 | ba2プリチャージ1バンク | ||||||||||||||||||||
↘ | – | H | L | H | A30 | A31 | A32 | BA0 | BA1 | BA2 | Preactive (LPDDR2-) |
A30 | A31 | A32 | BA0 | BA1 | Preactive>(プレアクティブNのみ) | ||||||||||
↘ | A20 | A21 | A22 | A23 | A24 | A25 | A26 | A27 | A28 | A29 | |||||||||||||||||
H | L | L- | バースト終了 | ||||||||||||||||||||||||
↘ | – | H | L | H | reserved | C1 | C2 | BA0 | BA1 | BA2 | Read (AP=auto-Auto-)プリチャージ) |
||||||||||||||||
↘ | AP | C3 | C5 | C6 | C7 | C8 | C9 | C10 | C11 | ||||||||||||||||||
H | L | reserved | C1 | C2 | BA0 | BA1 | BA2 | ライト (AP=auto-writeプリチャージ) |
|||||||||||||||||||
↘ | AP | C3 | C4 | C5 | C6 | C7 | C8 | C9 | C10 | C11 | C11 | ||||||||||||||||
L | H | R8 | R9 | R10 | R11 | R12 | BA0 | BA1 | BA2 | アクティベート (R0-14=行数 アドレス) |
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↘ | R0 | R1 | R2 | R3 | R4 | R5 | R6 | R7 | R13 | R14 | R14 | ||||||||||||||||
L | H | A15 | A16 | A17 | A18 | A19 | BA0 | BA1 | BA2 | Activate (LPDDR2-Q)Nのみ) |
|||||||||||||||||
↘ | A5 | A6 | A7 | A8 | A9 | A10 | A11 | A12 | A13 | A14 | |||||||||||||||||
L | H | – | Refresh all banks (LPDDR2->) L |
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↘ | – | ||||||||||||||||||||||||||
L | H | L | – | 1バンクリフレッシュ (ラウンド-ラウンド-ラウンドロビンアドレッシング) |
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↘ | – | ||||||||||||||||||||||||||
L | L | L | H | MA0 | MA1 | MA2 | MA3 | MA4 | MA5 | モードレジスタリード (MA0-7=アドレス) |
|||||||||||||||||
↘<5789 | MA6 | MA7 | – | ||||||||||||||||||||||||
L | LL | L | MA0 | MA1 | MA2 | MA3 | MA4 | MA5 | モードレジスタライト (OP0-7=Data) |
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↘ | MA6 | MA7 | OP0 | OP1 | OP2 | OP3 | OP4 | OP5 | OP6 | OP7 |
カラムアドレスビットC0は、転送されることはありません。 であり、ゼロであると仮定されます。 4420>
LPDDR2 には、アクティブ ローのチップ セレクト (ハイの場合、すべてが NOP) とクロック イネーブル CKE 信号もあり、これらは SDRAM のように動作します。 また、SDRAM と同様に、CKE が最初にドロップされるサイクルで送信されるコマンドによって、パワーダウン状態が選択されます。
- チップがアクティブである場合、その場でフリーズします。
- コマンドが NOP (CS low または CA0-2 = HHH) である場合、チップがアイドル状態です。
- コマンドがリフレッシュコマンド(CA0-2 = LLH)の場合、チップはセルフリフレッシュ状態になります。
- コマンドがバーストターミネイト(CA0-2 = HHL)の場合、チップは深いパワーダウンの状態になります。 (離脱時にはフルリセットシーケンスが必要です。)
モードレジスタは従来のSDRAMに比べて大幅に拡張されており、8ビットのアドレス空間を持ち、読み出しも可能です。 4420>
4Gビット未満のS2デバイスと1Gビット未満のS4デバイスは、4つのバンクしかありません。
不揮発性メモリデバイスは、リフレッシュコマンドを使用せず、プリチャージコマンドをアドレスビットA20以上の転送に再割り当てしています。 下位ビット(A19以下)は、続くActivateコマンドで転送されます。 これにより、メモリアレイから選択された行が4または8(BAビットで選択)の行データバッファのいずれかに転送され、Readコマンドで読み出すことができるようになります。 DRAMとは異なり、バンクアドレスビットはメモリアドレスの一部ではないので、どのアドレスでもどの行データバッファに転送することができます。 行データ・バッファの長さは、メモリの種類によって、32バイトから4096バイトまでとなります。 32 バイトより大きい行は、Activate コマンドの低次アドレス・ビットの一部を無視します。 4096バイトより小さい行は、Readコマンドの高位アドレス・ビットのいくつかを無視します。
不揮発性メモリは、行データ・バッファへのWriteコマンドをサポートしません。 その代わり、特別なアドレス領域にある一連の制御レジスタが読み取りと書き込みコマンドをサポートし、メモリ アレイの消去と書き込みに使用できます。
LP-DDR3Edit
2012年5月に、JEDEC は JESD209-3 Low Power Memory Device 規格を発表しました。 LPDDR2と比較して、LPDDR3は、より高いデータレート、より高い帯域幅と電力効率、およびより高いメモリ密度を提供します。 LPDDR3 は 1600 MT/s のデータレートを達成し、ライトレベリング、コマンド/アドレストレーニング、オプションのオンダイターミネーション(ODT)、低 I/O キャパシタンスといった主要な新技術を利用しています。 LPDDR3 は、パッケージ オン パッケージ (PoP) とディスクリート パッケージの両方をサポートします。
コマンド エンコーディングは LPDDR2 と同じで、10 ビット ダブル データ レートの CA バスを使用します。 しかし、この規格は 8n-prefetch DRAM のみを指定し、フラッシュ メモリ コマンドは含まれていません。
LPDDR3 を使用する製品には、2013 MacBook Air、iPhone 5S、iPhone 6、Nexus 10、Samsung Galaxy S4 (GT-I9500) および Microsoft Surface Pro 3 が含まれています。 LPDDR3は2013年に主流となり、800 MHz DDR(1600 MT/s)で動作し、2011年のPC3-12800ノートブック用メモリ(帯域幅12.8 GB/s)に匹敵する帯域幅を提供します。 この帯域幅を実現するためには、コントローラにデュアルチャネルメモリを実装する必要があります。 たとえば、Exynos 5 Dual や 5 Octa がそうです。
LPDDR3e と呼ばれる仕様の「強化」バージョンでは、データレートが 2133 MT/s まで増加します。 Samsung Electronics は、最大 2133 MT/s のデータ転送が可能な 4 ギガビットの 20nm クラス LPDDR3 モジュールを初めて発表したが、これは 800 MT/s の性能しか持たない古い LPDDR2 に比べて 2 倍以上の性能である。 各メーカーのさまざまなSoCも、800 MHz LPDDR3 RAMをネイティブでサポートしています。 4420>
LP-DDR4Edit
2012年3月14日、JEDEC は会議を開催し、将来のモバイル機器の要件が LPDDR4 などの今後の標準をどのように推進するかを調査しました。 2013年12月30日、Samsungは、3,200 MT/sでデータを伝送できる20nmクラスの8ギビット(1GiB)LPDDR4を初めて開発したと発表し、最速のLPDDR3より50%高い性能を実現し、1.1ボルトで約40%少ない消費電力となった
JEDEC 2014年8月25日に「JESD209-4 LPDDR4 Low Power Memory Device Standard」を発表した。
重要な変更点は以下の通りです。
- インターフェース速度の倍増、およびI/O規格を低電圧スイング終端ロジック(LVSTL)に変更
- 内部プリフェッチサイズの倍増など、それに伴う多数の電気的変更点。 10 ビット DDR コマンド/アドレス バスから 6 ビット SDR バスへの変更
- 1 つの 32 ビット幅バスから 2 つの独立した 16 ビット幅バスへの変更
- セルフリフレッシュは CKE ラインで制御するのではなく、専用コマンドで有効にします
規格では、パッケージあたり最大 2 つのダイにそれぞれ接続する、独立した 16 ビット アクセス チャネルを 2 つ含む SDRAM パッケージが規定されています。 各チャネルは 16 データビット幅で、独自の制御/アドレスピンを持ち、8 バンクの DRAM にアクセスすることが可能です。 したがって、パッケージは次の 3 つの方法で接続できます。
- データ ラインと制御は 16 ビット データ バスに並列接続し、チップ セレクトのみチャネルごとに独立して接続します。
- 32 ビット幅のデータ・バスの半分に接続し、チップ・セレクトを含むコントロール・ラインを並列に接続
各ダイは 4、6、8、12 または 16 ジビットのメモリを提供し、各チャネルに半分ずつ接続します。 したがって、各バンクはデバイスサイズの16分の1です。 これは、16384ビット(2048バイト)行の適切な数(16Ki~64Ki)に編成されます。 24 および 32 ジビットへの拡張が計画されていますが、行数、幅、バンク数のいずれを増やすかは未定です。
倍幅(4 チャネル)およびチャネルのペアごとに最大 4 つのダイ(パッケージあたり合計 8 ダイ)を提供するより大きいパッケージも定義されています。 バーストは 64 ビット境界で開始しなければなりません。
以前の規格よりもクロック周波数が高く、最小バースト長が長いので、コマンド/アドレス バスがボトルネックになることなく、制御信号をより高度に多重化することが可能です。 LPDDR4では、制御ラインとアドレス・ラインを6ビットのシングル・データ・レートのCAバスに多重化します。 コマンドには 2 クロックサイクルが必要で、アドレスをエンコードする操作 (例: 列のアクティブ化、列の読み取りまたは書き込み) には 2 つのコマンドを必要とします。 例えば、アイドル状態のチップから読み出しを要求するには、4つのコマンドで8クロックサイクルが必要です。 Activate-1, Activate-2, Read, CAS-2.
チップセレクトライン(CS)は、アクティブハイです。 コマンドの最初のサイクルは、チップ セレクトがハイであることで識別され、2 番目のサイクルではローになります。151
。
。
L L L
MA=アドレス。 OP=Data
The CAS- …2 コマンドは、データバスを介して転送を行うすべてのコマンドの後半として使用されます。 であり、下位のカラムアドレスビットを提供する。
- 読み出しコマンドは、4の倍数のカラム・アドレスで開始する必要があり、非ゼロのC0またはC1アドレス・ビットをメモリに伝達するための規定はありません。
- ライト・コマンドは、16の倍数であるカラム・アドレスから開始しなければならず、ライト・コマンドではC2およびC3はゼロでなければなりません。
バースト長は、16、32、または読み取りおよび書き込み動作のBLビットで動的に選択できるように構成できます。
1つのDMI(データ・マスク/反転)信号は、各8データ回線に関連付けられ、データ転送中にハイに駆動するビット数を最小限にするために使用することができます。 Highのとき、他の8ビットは送信側と受信側の両方で補完されます。 バイトに5ビット以上の1ビットが含まれる場合、DMI信号は3本以下のデータラインと共にハイに駆動することができます。 信号線は Low で終端されるため、消費電力を削減できます。
(DMI を使用して、転送ごとにトグルするデータ線の数を最大 4 本に制限する別の使用法では、クロストークを最小限に抑えることができます。)
(DMI を使用して、転送ごとにトグルするデータ線の数を最大 4 本に制限する別の使用法では、クロストークを最小限に抑えることができます。) これは、書き込み時にメモリ コントローラーによって使用されるかもしれませんが、メモリ デバイスではサポートされていません。)
データ バスの反転は、読み取りと書き込みで別々に有効にすることができます。
- DBI on writes が無効の場合、DMI のハイレベルは、対応するデータ バイトが無視され、書き込まれないことを示します
- DBI on writes が有効の場合、5 ビット以上設定されているデータ バイトと組み合わせた DMI のローレベルは、無視して書き込むべきデータ バイトであることを示します。
LPDDR4 には、隣接する行の「ロー ハンマー」による破損を回避するための「ターゲット行リフレッシュ」メカニズムも含まれています。 3 つのアクティブ/プリチャージ シーケンスの特別なシーケンスにより、デバイスが指定したしきい値 (リフレッシュ サイクルあたり 200,000 ~ 700,000) より頻繁にアクティブになった行が指定されます。 内部的には、デバイスは activate コマンドで指定された行ではなく、物理的に隣接する行をリフレッシュする。:153-54
LP-DDR4XEdit
Samsung Semiconductor は LPDDR4X と呼ばれる LPDDR4 変種を提案しました。 2017年1月9日、SK Hynixは8GiBと16GiBのLPDDR4Xパッケージを発表した。 JEDECは2017年3月8日にLPDDR4Xの規格を発表した。 電圧の低下以外にも、小型アプリケーション向けのシングルチャンネル・ダイ・オプション、新しいMCP、PoP、IoTパッケージ、最高速度グレード4266MT/sの追加定義とタイミングの改善などが追加されています。
LP-DDR5Edit
2019年2月19日、JEDECはJESD209-5「LPDDR5(Low Power Double Data Rate 5)」の規格を発表しました。
サムスンは2018年7月にLP-DDR5チップのワーキングプロトタイプがあると発表しています。 LPDDR5では、以下の変更が導入されます:
- データ転送速度が6400MT/sに増加します。
- 差動クロックを採用
- プリフェッチは再び2倍にならず、16nのまま
- バンク数は16に増え、DDR4と同様の4バンクグループに分割
- 省電力が改善された。
- Data-Copy および Write-X (all one or all zero) コマンドによるデータ転送量の減少
- Dynamic frequency and voltage scaling
- WCK & Read Strobe (RDQS) という新しいクロックアーキテクチャ
Intel Tiger Lake および Snapdragon 888 メモリコントローラで LPDDR5 をサポートします。