Tipos de RAM LPDDR: comprensión de la memoria de la computadora móvil

La RAM (memoria de acceso aleatorio) es una memoria volátil en el sentido de que se borra constantemente y se escriben nuevos datos en ella. También conocida como memoria principal, los programas (aplicaciones e incluso el sistema operativo) deben cargarse primero en la RAM antes de que puedan ejecutarse. En ese sentido, la memoria RAM tiene mucha influencia en el funcionamiento de tu computadora.

Una mirada rápida a las especificaciones de un teléfono inteligente, por ejemplo, puede darle una buena idea de lo que puede hacer el teléfono inteligente. Sin embargo, hay más detalles que muchos buscan en un teléfono inteligente, especialmente cuando se habla de jugadores y algunos usuarios intensivos. Por ejemplo, en lugar de solo mirar el tamaño de almacenamiento como ‘128 GB’, algunos verifican el tipo de almacenamiento si es eMMC o UFS y qué versión es, o cuando observa solo el tipo de pantalla, la resolución y el tamaño, algunos también verifican el muestreo frecuencia y frecuencia de actualización.

Dicho esto, el sistema operativo ayuda a administrar la RAM al asignar el espacio de memoria para las aplicaciones que se ejecutan en su dispositivo. Por ejemplo, cuando abre una nueva aplicación y su RAM se está agotando, cierra la aplicación de fondo más antigua para dejar espacio para la nueva aplicación. Si su RAM está llena, la computadora carga la aplicación desde el almacenamiento interno, que es mucho más lento y, por lo tanto, ralentiza su computadora.

En otras palabras, la memoria RAM también decide qué tan bien su dispositivo realizará múltiples tareas. o cuántas aplicaciones puede tener ejecutándose a la vez sin que se cierre. Aunque la memoria RAM LPDDR (velocidad doble de datos de baja potencia) se usa en computadoras portátiles y otros dispositivos, es más común en teléfonos móviles, por lo que la discutiremos en ese contexto.

Tabla de contenido

Una historia rápida de RAM en el teléfono móvil

Hemos recorrido un largo camino desde lo que solía ser la memoria RAM en los teléfonos inteligentes, desde el tamaño de memoria pequeño hasta el tamaño de memoria grande y los más sofisticados que tenemos hoy. A finales de los 90, los teléfonos móviles como el Nokia 9000 Communicator tenían EDO DRAM, que en ese entonces era como de 8 MB.

Luego, se introdujo SDRAM móvil (RAM dinámica síncrona) a principios de la década de 2000. Un cambio de juego fue la SDRAM de 512 MB de bajo consumo de Samsung, que fue un gran avance en ese momento. Otros tipos de SDRAM, como la e-DRAM (RAM dinámica integrada) que se incluyeron en el primer iPhone y otros dispositivos, entraron en escena. Luego, se desarrolló Mobile-DDR o LPDDR a principios de la década de 2010 y ahí es donde comenzaremos a discutir los tipos de RAM en un teléfono móvil.

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Terminologías RAM

• Poco: esta es la forma más pequeña de datos que una computadora puede leer. Un byte se compone de 8 bits.
• Frecuencia de memoria/velocidad de reloj: Es la frecuencia de pulsos/ciclo de reloj que la RAM puede completar en un segundo, esto se utiliza para sincronizar su componente. Se mide en ciclos de reloj por segundo (la unidad SI es Hertz). Aquí, usaremos MHz, que es 1 000 000 Hertz, lo que significa 1 millón de ciclos de reloj por segundo.
• Voltaje de suministro: DRAM es volátil y requiere electricidad constante para almacenar datos que se utilizan para alimentar los condensadores que almacenan datos y los condensadores no mantienen la carga por mucho tiempo.
• Ancho/ruta del bus de datos: Es la cantidad de bits de datos que se pueden transferir por ciclo de reloj. Por lo general, es de 64 bits en DDR y de 16 bits o 32 bits en LPDDR, pero se puede diseñar para que sea de 64 bits.
• Bus de memoria: A veces llamado simplemente Bus o Front-Side Bus (FSB), este es el terminal que conecta la RAM al controlador de memoria, controlando así su intercambio con la CPU.
• Reloj de bus de E/S (entrada/salida) (velocidad) en MHz: Es el número de ciclos de reloj que el bus de memoria puede completar en un segundo. En otras palabras, es el número de señales de reloj que se envían al controlador de memoria en un segundo. A veces, se la denomina frecuencia de RAM y se cita como velocidad de RAM/velocidad de reloj
• {Bus de E/S]Tasa de transferencia de datos/tasa de bits: Esto se refiere a la cantidad de datos transferidos en cada ciclo de reloj y, en el contexto de LP-DDR, es el doble porque utiliza tanto el flujo ascendente como el descendente del ciclo del reloj, a diferencia de la memoria que no es DDR. Para LPDDR, suele ser el doble de la frecuencia o velocidad de la RAM y se expresa en MT/s o Mbps.
• Ancho de banda de memoria/rendimiento máximo: Es la velocidad máxima a la que se pueden escribir o leer datos de la memoria y es el producto de la velocidad de transferencia de datos, el número de canales y el ancho del Bus.
• Tamaño de captación previa: Este es el número de palabras de datos que se leen para una sola solicitud de datos. Es el número de palabras de datos adyacentes que se leen, por lo que si el tamaño de captación previa es 2, se leerán 2 palabras de datos adyacentes. Se supone que el procesador quiere palabras de datos adyacentes en la memoria, y esto suele ser cierto la mayor parte del tiempo. {La palabra de datos es de 64 bits]
• Búfer o caché de captación previa: Es una memoria temporal que funciona a una velocidad mucho más rápida que la memoria principal y se utiliza para almacenar datos precargados para que el procesador pueda acceder a ellos más rápidamente.

Reloj de memoria frente a reloj de bus de E/S

Esto suele ser confuso para algunos, especialmente cuando ve que la velocidad del reloj de la memoria es la misma para las primeras cuatro generaciones de LPDDR. Entonces, podría preguntarse cómo es exactamente que LPDDR2 es más rápido que LPDDR3 cuando ambos tienen una velocidad de reloj de memoria de 200 MHz.

La respuesta a esto es la tamaño de captación previa porque una sola solicitud de dirección da como resultado varias palabras de datos. En una matriz de memoria donde se encuentran los datos a los que se accede, hay filas y columnas y una solicitud de dirección se dirige a una ubicación particular en la matriz. el reloj de la memoria determina qué tan rápido se procesa la solicitud de dirección y el acceso a la fila toma la mayor parte del tiempo de este proceso. Sin embargo, la dirección de la columna subsiguiente es mucho más rápida y el búfer toma una cantidad de palabras de datos en la fila según el tamaño de la captación previa y las ‘explota’, por lo que no hay necesidad de solicitudes de direcciones de datos individuales.

La profundidad del búfer de captación previa puede denominarse la relación entre el reloj de la memoria y el reloj del bus de E/S. En una arquitectura de captación previa 16n (como LPDDR4), la velocidad de transferencia de datos del bus de E/S funcionará 16 veces más rápido que el núcleo de la memoria (cada acceso a la memoria da como resultado una ráfaga de 16 palabras de datos en el reloj del bus de E/S). Por lo tanto, un núcleo de memoria de 200 MHz se combina con una velocidad de transferencia de datos del bus de E/S que opera 16 veces más rápido (3200 megabits por segundo o MT/s).

Aquí hay una analogía que vi y creo que ayudará: “Imagen de un sedán Honda (LPDDR2) y una camioneta Ford (LDDR3) viajando a la misma velocidad (velocidad de reloj de memoria/tasa interna). ¿Cuál crees que podría transportar más carga?

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Diferencia entre LPDDR en Laptops y Smartphones

LPDDR está diseñado para dispositivos portátiles y es la elección de RAM para ultrabooks como los Macbooks recientes, que son delgados y elegantes, así como también para teléfonos inteligentes. Aunque la tecnología subyacente en LPDDR en teléfonos y computadoras portátiles es la misma, el diseño del chip DRAM es diferente independientemente de la generación porque los circuitos de la placa base en el teléfono y la computadora portátil no son los mismos.

Además, el SoC de las computadoras portátiles y los teléfonos es diferente, por lo que los circuitos integrados de DRAM generalmente se diseñan para ajustarse a las especificaciones del procesador porque siempre se sueldan a la misma placa de circuito impreso. Por ejemplo, el LPDDR de una computadora portátil generalmente tiene un bus de memoria de 64 bits de ancho en contraste con el de un teléfono que tiene un bus de datos de 16/32 bits. El empaque de LPDDR en computadoras portátiles y teléfonos es diferente de áreas como la densidad de pines del diseño general. No obstante, ninguno de los dos es modular, por lo que no se puede cambiar la memoria RAM en algunos Macbooks o ultrabooks y definitivamente no en un teléfono inteligente.

Tipos de RAM (LPDDR) en un smartphone

Las memorias RAM en los teléfonos inteligentes son LPDDR (velocidad de datos doble de baja potencia), que es adecuada para teléfonos móviles y otros dispositivos móviles debido al bajo consumo de energía, a diferencia de la DDR (velocidad de datos doble) que se usa en algunas computadoras portátiles y de escritorio. Estos tipos de RAM también pueden denominarse DRAM (memoria de acceso aleatorio dinámico) o SDRAM (memoria de acceso aleatorio dinámico síncrono). LPDDR también se denomina DDR móvil (mDDR) porque es adecuado para dispositivos móviles debido a su bajo consumo de energía.

A diferencia de SRAM (memoria estática de acceso aleatorio) que solo puede realizar una operación/ciclo por segundo, LPDDR es una DRAM, lo que significa que puede realizar múltiples ciclos por segundo.

LPDDR(1)

La primera generación de LPDDR proviene de la adopción de DDR SDRAM con pocos cambios para que sea adecuada para dispositivos móviles, incluidos los teléfonos inteligentes. Este era el tipo de RAM que estaba presente en teléfonos inteligentes como Moto Droid X, iPad (primera generación y muchos otros a principios de la década de 2010. Tiene una velocidad de 400 MT/s en el LPDDR1 y hasta 533 MT/s en el LPDDR1e Es muy poco probable que te encuentres con un teléfono inteligente que use la RAM LPDDR1/1e en este punto, pero este fue un hito notable en el viaje de la RAM móvil.

LPDDR2

La próxima generación es el LPDDR2 que mejora la densidad de la memoria, el consumo de energía, el rendimiento y el tamaño. Fue diseñado para atender a la creciente industria de teléfonos inteligentes. El LPDDR2 primero permitió una NVM (memoria no volátil) compartida y una interfaz SDRAM que deja espacio para una mayor densidad de memoria de hasta 8 Gb. Además, tiene un 50 % de eficiencia energética con respecto a su predecesor con un voltaje central de 1,2 V en comparación con los 1,8 V de LPDDR1.

Además, con un ancho de datos de x8, x16 y x32 y el doble de la velocidad de datos de LPDDR1, tiene un tiempo de ejecución más rápido porque puede procesar más datos a la vez y a una velocidad más rápida. Samsung pudo aprovechar esta nueva tecnología y construyó una DRAM LPDDR2 de 20 nm y 4 Gb para ofrecer hasta 2 GB de RAM, lo que permitió que los teléfonos inteligentes fueran más delgados y con más RAM. Smartphones como el Nokia Lumia 800, Samsung Galaxy SII Plus, iPhone 4S, Blackberry Porsche Design y más lo tenían.

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LPDDR3

Esto se generalizó en 2013 y se adoptó rápidamente porque usaba la misma interfaz que LPDDR2, por lo que no había necesidad de una nueva arquitectura. Esto vino con un 50 % más de ancho de banda de hasta 8,5 GB/s a 12,8 GB/s y la adopción de ODT (terminación en matriz) que permite un funcionamiento eficiente del sistema.

Más aún, LPDDR3 también trajo una mejor eficiencia energética y una mayor densidad de memoria de hasta 32 Gb en comparación con el máximo de 8 Gb en LPDDR2. El LPDDR3 superó los límites más allá de la compatibilidad con la reproducción de video de 1080p para pantallas más grandes y permitió la transmisión de contenido de 1080p para una mejor experiencia visual.

Además, tiene una velocidad de datos más rápida de hasta 1600 MT/s y 2133 MT/s en el LPDDR3e (LPDDR3 mejorado). De acuerdo, los SoC como Exynos 5 Dual, Snapdragon 600 y 800 que admiten 800MHz LPDDR3. Algunos de los teléfonos inteligentes que tienen la RAM LPDDR3 incluyen Samsung Galaxy S4, iPhone 6 y Tecno L3.

LPDDR4 y LPDDR4x

A medida que pasó el tiempo, se exigió más de los teléfonos móviles y para atender esto se desarrolló el LPDDR4 y JEDEC publicó el estándar en 2014. Características como video en cámara lenta, video 4K, reconocimiento facial y video de baja latencia, así como la la necesidad de un arranque y un tiempo de carga más rápidos es la razón por la cual el rendimiento debe mejorarse constantemente. En este sentido, el LPDDR4 viene con una velocidad de datos aún más rápida a 4266 MT/s (pero en realidad 3200 MT/s) y un ancho de banda de 25,6 GB/s con un ancho de datos de x64.

Todo esto se hace incluso con un voltaje operativo más bajo de 1,1 V, lo que hace que el LPDDR4 no solo sea más rápido sino que también consuma menos energía. A diferencia de la matriz de un canal en LPDDR3, LPDDR4 tiene una matriz de dos canales con 16 bits por canal y una ruta de datos más corta para mejorar la velocidad operativa. El LPDDR4X lleva las cosas aún más lejos, reduciendo el voltaje de E/S de 1,1 V a 0,6 V y, de hecho, eleva la velocidad de datos a 4266 MT/s.

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LPDDR5

Además, el estándar LPDDR5 fue publicado por JEDEC en 2019 y, al igual que las generaciones anteriores, duplicó la velocidad de datos de su predecesor y 50 % la velocidad de datos del LPDDR4x con una velocidad de datos de 6400 MT/s. Con procesadores cada vez más rápidos, el inicio de 5G y más juegos móviles exigentes en rendimiento, se tuvo que desarrollar una memoria más rápida.

En consecuencia, también ha aumentado la eficiencia energética con escalado dinámico de voltaje (DVS) y una nueva arquitectura de reloj múltiple para reducir la frecuencia y el voltaje de la RAM en consecuencia. DVS hace posible que LPDDR5 admita un voltaje de núcleo de 1,05 V y un voltaje de E/S de 0,5 V mientras opera a alta frecuencia y 0,9 V y 0,3 V a una frecuencia más baja. De esta forma, el LDDR5 consume menos energía en comparación con sus predecesores.

Los teléfonos inteligentes con LPDDR5 son Samsung Galaxy S20/20+/S20 Ultra, Oppo Find X2 Pro, Xiaomi Mi 10 Pro, Mi 11X/11X Pro/11X Ultra, OnePlus 9 y algunos otros teléfonos inteligentes en su mayoría de gama alta. La primera generación de SoC y módulos de memoria funcionaba a una velocidad de 5500 Mbps y ha mejorado a 6400 Mbps en 2021.

LPDDR5X

Una extensión a la LPDDR5 ha sido anunciado por JEDEC, el LPDDR5X mejora la velocidad de datos del predecesor en un 33 % de 6400 Mbps a 8533 Mbps. Dado que los fabricantes de DRAM han podido explorar completamente el estándar LPDDR5, era necesario desarrollar esta actualización del estándar en forma de LPDDR5X.

En el LPDDR5X, ha mejorado la relación señal/ruido como resultado de la adición de la función de preénfasis que permite una frecuencia de reloj más alta y un mejor rendimiento. Esta nueva incorporación también reduce la retroalimentación de decisión por pin (DFE), la tasa de error de bits y mejora la gestión de actualización adaptativa.

Sin embargo, no hay mucha diferencia en la tecnología entre los dos además del aumento en el ancho de banda en el LPDDR5X. Actualmente, se rumorea que el único dispositivo que presenta el LPDDR5X es el Xiaomi Mi 12, que se espera que venga con Qualcomm Snapdragon 898 SoC, que se espera que sea compatible con LPDDR5X, pero debería esperar más dispositivos con él más adelante en 2022.

Conclusión

Cada generación de RAM LPDDR viene con el doble de velocidad de datos y una reducción significativa en el consumo de energía. Este es un resumen de las especificaciones de cada generación de LPDDR hasta la fecha a continuación.

Aquí hay una representación gráfica de la progresión en la velocidad de cada generación LPDDR a lo largo del tiempo. Esto muestra qué tan rápido avanza la tecnología LPDDR con un aumento significativo en la velocidad en cada generación.

Si bien hay mucho más en lo que se incluye en cada generación de LPDDR, esta es solo una descripción general para que se familiarice con la tecnología que se incluye en la memoria RAM de su computadora móvil.