DDR ist der Standard-RAM-Typ, der in allen modernen Computern verwendet wird. Es steht für Double Data Rate, was darauf zurückzuführen ist, dass Daten sowohl beim Ansteigen als auch beim Abfallen des Taktsignals übertragen werden. Eine der wesentlichen Verbesserungen gegenüber den DDR-RAM-Generationen war die Energieeffizienz. Mit DDR1 mit 2,5 oder 2,6 Volt, DDR2 mit 1,8 Volt, DDR3 mit 1,5 oder 1,35 Volt, DDR4 mit 1,2 oder 1,05 Volt und DDR5 = das gerade im Handel erhältlich ist – mit 1,1 Volt.
Das hört sich zwar nicht nach viel an, kann aber die Akkulaufzeit von batteriebetriebenen Geräten stark beeinträchtigen. Um die Batterielebensdauer zu verlängern, wurde eine Low-Power-Variante von DDR standardisiert, LPDDR.
Unterschiedliche Normen
LPDDR oder Low Power Double Data Rate Memory mag wie eine leistungsschwächere Version des DDR-Standards klingen. Es gibt jedoch bedeutendere Änderungen, und die Generationen sind nicht direkt vergleichbar. Obwohl sie von derselben Gruppe, JEDEC, standardisiert werden, werden die Standards selbst unabhängig entwickelt. Beispielsweise wurde der LPDDR5-Standard vor dem DDR5-Standard veröffentlicht, und der LPDDR4X-Standard übertraf die im DDR-Standard verfügbaren Übertragungsraten.
Die LPDDR-Standards wurden sorgfältig entwickelt, um bei niedrigeren Spannungen zu arbeiten und Funktionen anzubieten, die auf die aktuellen und prognostizierten zukünftigen Anforderungen des mobilen Computing abgestimmt sind. LPDDR wird hauptsächlich in Geräten mit geringem Stromverbrauch wie Mobiltelefonen, Tablets und einigen Laptops verwendet.
Daher muss LPDDR eine leistungsfähige Leistung sowie einen reduzierten Stromverbrauch bieten. Einer der wesentlichen Unterschiede zwischen DDR und LPDDR besteht darin, dass DDR einen festen 64-Bit-Bus verwendet. LPDDR bietet auch 32-Bit- oder 16-Bit-Busoptionen für Anwendungsfälle mit geringeren Anforderungen.
LPDDR1
LPDDR, rückwirkend als LPDDR1 bezeichnet, hat keine massiven Änderungen gegenüber dem DDR1-Standard vorgenommen. Der Hauptunterschied war die Reduzierung der Spannung von 2,5 auf 1,8 Volt. Dies reduzierte die Betriebstemperatur der DRAM-Module, die dann weniger häufig aufgefrischt werden mussten, was zu einer weiteren Reduzierung des Stromverbrauchs beitrug. Weitere Änderungen waren die Möglichkeit, einen Teil des Arrays zu aktualisieren, und ein „Deep Power Down“-Modus, der im Wesentlichen den Speicher löschte.
Zwei E/A-Taktgeschwindigkeiten wurden standardisiert, 200 MHz und 266,7 MHz in LPDDR1E. Dies ermöglichte eine Datenübertragungsrate von 400 MTs oder 533,3 MTs mit einer Prefetch-Größe von 2n. Die Geschwindigkeit von 266,7 MHz ist tatsächlich schneller, als jemals in DDR1 standardisiert wurde. Dies ist vor allem auf die Verbesserungen in der Mikroelektronik zurückzuführen.
LPDDR2
LPDDR2 wurde 2009 standardisiert und lief in der LPDDR2E-Version mit 1,2 V oder 1,8 V. Es lief mit der doppelten I/O-Taktrate von LPDDR1 mit 400 MHz oder 533,3 MHz. Erlaubt wiederum die doppelte Übertragungsrate von 800 MTs bzw. 1067 MTs bei einer Prefetch-Größe von 4n. Diese Statistiken bringen es mit den schnellsten zwei Standard-DDR2-Geschwindigkeiten in Einklang. LPDDR2 fügt hauptsächlich zusätzliche Teilaktualisierungsoptionen außerhalb der Spannungsreduzierung hinzu.
LPDDR3
2012 standardisierte JEDEC LPDDR3. Die wichtigste Änderung hier war die Verdoppelung der Prefetch-Größe auf 8n, wodurch sich die E/A-Taktrate und die Übertragungsrate verdoppeln konnten, während sie mit denselben 1,2 oder 1,8 Volt wie LPDDR2 liefen. Die Datenübertragungsraten stiegen auf 1600 MTs oder 2133 MTs für die LPDDR3E-Variante und boten eine vergleichbare Leistung wie DDR3, das damals noch der Standard für PC-Speicher war.
LPDDR4
DDR4 und LPDDR4 wurden beide 2014 standardisiert. Beide erreichten Spitzenwerte bei einer Übertragungsrate von 3200 MTs, obwohl der LPDDR4-Standard später auf LPDDR4X erweitert wurde, das unübertroffene Übertragungsgeschwindigkeiten von 4267 MTs bot. Der LPDDR4-Standard ermöglichte den Betrieb bei 1,1 oder 1,8 Volt, während der LPDDR4X-Standard einen noch niedrigeren Leistungszustand von 0,6 Volt hinzufügte. LPDDR4 nahm bedeutende Änderungen vor, darunter die Verdoppelung der Prefetch-Größe und die Änderung des E/A-Busses von einem einzelnen 32-Bit-Bus auf ein Paar 16-Bit-Busse.
LPDDR5
2019 wurde LPDDR5 ein Jahr vor dem DDR5-Standard standardisiert. Es läuft mit niedrigeren Spannungen, 0,5 Volt, 1,05 Volt oder 1,8 Volt, um den Stromverbrauch weiter zu verbessern. Es behält die gleiche Prefetch-Größe wie LPDDR4 von 16n bei, verdoppelt jedoch die Übertragungsrate auf 6400 Mts. Der Standard wurde später im Jahr 2021 mit LPDDR5X geändert, das eine Übertragungsgeschwindigkeit von 8533 MTs hinzufügte und damit den DDR5-Standard übertraf. Der LPDDR5X-Speicher wird voraussichtlich 2023 erstmals in mobilen Produkten erscheinen.
Schlussfolgerungen
LPDDR ist eine Reihe von Speicherstandards für RAM, die für den Einsatz in Umgebungen mit eingeschränkter Stromversorgung entwickelt wurden. Es ist häufig in Smartphones, Tablets und einigen Laptops zu finden. Obwohl die Standards auf den DDR-Standards basieren, sind sie unterschiedlich und nehmen nicht immer dieselben Änderungen in derselben Generation vor. Beispielsweise verdoppelte DDR4 die Übertragungsgeschwindigkeiten durch Verdoppelung der internen Speichertaktrate, während der LPDDR4-Standard die Prefetch-Größe verdoppelte. Diese Änderungen wurden mit den DDR5- und LPDDR5-Standards umgekehrt.
Der bedeutendste Unterschied besteht darin, dass LPDDR standardisiert ist, um bei niedrigeren Spannungen von nur 0,5 Volt zu laufen. Interessanterweise unterstützt es auch den Betrieb bei 1,8 Volt, was höher ist als der 1,1-Volt-Leistungsstandard von DDR5. Es ist jedoch unklar, wie stark dieser Teil des LPDDR-Standards verwendet wird. Weitere Änderungen wurden an den LPDDR-Standards vorgenommen, um den Energiebedarf weiter zu reduzieren, einschließlich zahlreicher Verbesserungen des Aktualisierungsprozesses.
LPDDR-Standards werden im Allgemeinen schneller entwickelt als DDR-Standards. Dieser Prozess wurde verursacht, weil LPDDR später mit der Entwicklung begann. Mittlerweile ist es aber über den DDR5-Standard hinausgewachsen. Es ist unklar, aber unwahrscheinlich, dass es dieses Entwicklungstempo halten kann. Oder ob es auf DDR-Standard-Entwicklungsgeschwindigkeit beschränkt wird, da dies der aktuelle Stand der Speichertechnologie ist.