尽管 SoC 的复杂性越来越高，但多核多功能性、低功耗和高性能仍然是设计的风向标。 对于内存接口来说，更高的密度和更低的功耗是评估内存解决方案的重要标准，DDR5、LPDDR5、GDDR6和HBM2E等新一代内存接口正逐渐成为市场的主流。 即使面对DRAM市场周期波动，以及各大存储厂商库存积压、成本降低的压力，内存DRAM新电源技术依然火热，甚至有加仓的势头。 再加上生成式AI应用和高算力芯片的驱动作用，更高带宽的DRAM接口继续强劲增长。
AI大模型时代的到来加速了DDR5技术的普及
Jedec（固态技术协会）将 DDR5 描述为一种“革命性”的内存架构，可满足人工智能、云计算和物联网等新技术的存储和数据传输需求。 与 DDR4 相比，DDR5 提供更高的传输速率和更高的带宽，进一步扩展了内存容量。 同时，DDR5 还通过采用更低的电压和先进的传输效率，为复杂的 SoC 和高性能计算奠定了基础。
DDR5首先解决了速度问题，6400Mbps的传输速度是单个DQ速度的两倍（目前业界最高速率已达到8400Mbps）。 相应地，速度的提高也会导致密度的提高。 DDR5 内存支持更高的内存密度，这意味着相同的物理空间可以容纳更多的内存，这对于需要处理大型数据集或运行内存密集型应用程序的用户是有益的。 与 DDR4 相比，DDR5 的容量提高了 4 倍，达到 64GB。 每个通道的突发长度已从 8 增加到 16，这意味着与 DDR4 相比，DDR5 将能够在相同的时间内执行两个 64 字节的操作。 DDR5 具有 16N 预取架构，使其速度更高。 此外，DDR5 引入了更多类型的训练，并增加了多个 TAP DFE，以解决传输链路上的 ISI 问题。
在DIMM端，DDR中提供了电源管理电路，PMIC的加入大大提高了电源完整性。 在这些条件下，电压可以降低到11V，低于DDR4。 PMIC的分布可以减少噪声和串扰等问题，也为提高信号完整性提供了一些帮助。
降低功耗对于设备节能和延长电池寿命尤为重要。 DDR5 增加了双通道支持，具有两个 40 位通道，以提高内存访问性能和速度。 在细节方面，DDR5将在DIMM中引入更多的温度传感器，将边带信号升级为I3C，并降低多次升级下速率容量增加带来的设计难度。
基于DDR5在传输速率、带宽、容量等方面的优势，无论是PC、笔记本电脑，还是人工智能，各行各业都在加速迈向DDR5的新时代。 生成式 AI 市场正在蓬勃发展，用于大型模型应用的 AI 服务器也将推动对 DDR5 的需求。
LPDDR5技术：更高带宽、更高速度、更低功耗
2019 年 2 月，Jedec 发布了 LPDDR5 标准，与上一代 LPDDR4X相比，在速度、功耗和性能方面都实现了飞跃。 LPDDR5 使用时钟频率 3200MHz，数据速率达到 6400Mbps，即 15倍，而LPDDR5X和LPDDR5T甚至可以分别达到8500Mbps和9600Mbps。 虽然 LPDDR5 使用单个 16 位通道，但通道本身的存储容量增加了一倍，并且可以支持多组模式，进一步提高数据带宽。
在功耗方面，由于电压已降至 0LPDDR5 具有 5V、DVFS、深度睡眠模式、DQ 复制和写入 X 等新的节能功能，通过使用动态电压调节 DVFS 成功降低了 45% 的功耗，从而进一步节省了成本。 在这种情况下，内存和控制器可以在通道待机期间降低 DRAM 的频率和电压。 LPDDR5 通过 DVS 支持两个内核和 IO 电压，其中 1. 用于高频应用05v 和 05V 工作电压，09v 和 03V电压。 此外，通过采用先进的可扩展CA CK时钟结构，可以减轻SOC设计人员的时序签核压力。 Write X 功能的添加允许将特定的全零模式转换为连续的存储器位置，而无需在通道上切换 DQ，从而进一步降低了功耗。
图 1 LPDDR5 速度比较。
图 2 DDR5 和 LPDDR5 技术的比较。
在LPDDR5的应用方面，智能手机市场最先火爆，同步化也伴随着平板应用的兴起。 目前，在汽车智能化和AI方面，将采用越来越多的LPDDR5技术。 11月28日，长信存储正式推出LPDDR5系列产品，包括12GB LPDDR5颗粒、12GB LPDDR5芯片（POP封装）和6GB LPDDR5芯片（DSC封装）。 国产LPDDR5颗粒将迎来新一轮中高端移动设备市场浪潮。
GDDR6 HBM 技术，专业应用的专业选择
随着显示技术的飞速发展，更高的帧率和更宽的画幅游戏也迫切需要更高的带宽和更频繁的交互。 于是，DDDR的另一个分支GDDR应运而生，适用于带宽要求较高的计算领域，如图形相关计算、数据中心、AI等。
起初，第一代GDDR与DDR没有太大区别，但在市场和成本的影响下，两者逐渐分道扬镳。 从那时起，对带宽的疯狂增长的需求迫使 GDDR 技术不断发展，256 位 GDDR6 带宽已达到 768 GBS。 显存可直接安装在显卡上，减弱了布线和信号传输延迟的影响。 因此，GDDR也有一条与DDR LPDDR不同的技术路线：一方面，采用高Prefetch，使得每个周期（每通道）可以获得64字节（512位）的数据; 另一方面，使用增加的突发长度方法，GDDR6 突发长度为 16 字节（与 DDR5 一样），这允许内存每次传输最多获取 64B 缓存行。 GDDR6 可以在两个独立的通道中获取与 GDDR5X 相同的数据量，同时还将密度增加到 16GB。
图 3 LPDDR5、DDR5、GDDR6 HBM 技术的比较。
随着应用越来越复杂，处理器和存储的交换越来越频繁，迫切需要一种提供高带宽和高带宽的技术来解决能耗和拥塞问题。 与 GDDR5 相比，HBM 就像高速公路一样，具有更高的带宽和更小的尺寸。 HBM 是从传统 2D 发展到三维 3D 的代表产品，开辟了通往 DRAM 3D 的道路。 HBM 使用低速时钟，通过大量总线补偿带宽损失，实现高达 4096 位的宽度。 与上述DDR技术相比，HBM具有更高带宽、更高位宽、更低功耗、更小尺寸等特点。 在 HBM2E 中，时钟和选通以相同的频率工作，最高可达 18 GHz 是延迟最低的解决方案。 HBM3 通过将传统时钟信号从主机解耦到器件和数据选择信号来改变时钟架构，WDQS 和 RDQS 的最大速率为 32 GHz，最多 6 个4 Gbps 数据传输速率。
图 4：先进 DDR 技术的带宽容量比较。
DDR作为SoC芯片的重要组成部分，主要负责硬盘、主板、显卡与处理器等硬件之间的数据交换。 目前，追求速度更快、带宽更高、容量更大、功耗更低的DDR内存技术已成为不可逆转的发展趋势，DDR模块的设计难度加大。
根据研究机构ipnest的数据，2024年全球半导体IP市场规模将达到66家7亿美元，同比增长202%。iNest 预计到 2025 年半导体 IP 市场规模将超过 100 亿美元，从 2021 年到 2026 年的复合年增长率为 16 年7%。目前，中国半导体IP市场增速与全球半导体IP市场基本持平，市场潜力巨大。
随着AI、汽车智能、小芯片等新技术趋势给IP行业带来新的变数，接口IP作为半导体IP最具潜力的子品类，给国内厂商带来了更多机遇。
牛芯半导体DDR4 LPDDR4多客户量产追单，IP成熟稳定
牛芯半导体致力于半导体接口IP的开发和授权，以最佳技术为基础，提供相关整体解决方案。 牛芯半导体与多家晶圆代工厂合作，在主流先进成熟制程中部署Serdes、DDR等中高端接口IP依托细分领域的技术积累，牛芯半导体自主研发的IP产品及相关服务已被100多家客户使用。
在DDR IP布局方面，牛芯半导体可以提供成熟稳定的DDR3 3L 4和LPDDR2 3 4 4X MC+DDR完整解决方案，DDR4速率支持3200Mbps，LPDDR4 4X支持4266Mbps。 除了在国内外主流先进工艺节点12、22、28nm成功验证测试结果外，还为国内众多客户实现了芯片的稳定量产。
在与客户的案例研究中，牛芯半导体的DDR3 4 LPDDR4 Combo IP充分利用了12nm平台的优势，具有业界领先的功耗，明显的接入效率优势，支持引线键合封装和层数更少的PCB设计。 更多值得一提的是，DDR IP在HTOL、温度循环、电源偏差等条件下仍能稳定工作，表现出高度的可靠性。 据牛芯半导体技术支持工程师介绍，牛芯半导体的DDR产品采用可靠稳定的训练算法，可以改善不同DDR拓扑和环境带来的不稳定性。 其中，高速DDR Io的设计也得益于牛芯半导体在Serdes高速接口上的长期积累，Serdes接口中使用的一些模块为DDR设计提供了参考，两者相辅相成。
牛芯半导体DDR5 LPDDR5保持优势，多制程平台百花齐放
目前，牛芯半导体已在多个工艺节点下部署了DDR5 LPDDR5产品，覆盖了先进制程和国产制程，基于数字架构的独特设计使得DDR PHY更易于在不同工艺之间迁移，在带宽和延迟的性能平衡，以及面积和低功耗方面都达到了业界一流水平。 同时，在开发中更加注重国产DRAM颗粒的支持，并进行专门的调试和优化，增加鲁棒性，让客户在颗粒上有更全面的选择。
为了充分利用 DDR5 LPDDR5，必须在系统的关键点（如芯片、封装和 PCB）进行信号完整性分析，同时考虑电源的影响。 牛芯半导体为客户量身打造信号完整性和电源完整性解决方案，围绕DDR5 LPDDR5，提供信号衰减和电源对信号影响的快速检查，基于在电源和信号网络以及高速IO方面的丰富建模经验，可以执行多个信号网络和电源网络定时**。
图 5：信号完整性影响因素。
凭借高性能、低功耗的特点，纽信半导体多款IP产品技术指标行业领先，广泛应用于消费电子、网络通信、数据存储、高性能计算、物联网、人工智能、汽车电子、工业控制、医疗电子等领域。 未来，面对广阔的市场，牛芯半导体将凭借多年积累的芯片设计和量产经验，努力把握时代机遇，持续聚焦IP本土化和产业化应用需求，通过接口IP自主知识产权的研发和创新，不断为IC设计行业注入“芯”活力。