Qu’est-ce que la mémoire LPDDR?

DDR est le type standard de RAM utilisé dans tous les ordinateurs modernes. Il s’agit de l’abréviation de Double Data Rate (débit de données double), qui vient du fait qu’il transfère les données à la fois sur la montée et la descente du signal d’horloge. L’efficacité énergétique est l’une des principales améliorations apportées aux différentes générations de RAM DDR. La DDR1 utilise 2,5 ou 2,6 volts, la DDR2 1,8 volts, la DDR3 1,5 ou 1,35 volts, la DDR4 1,2 ou 1,05 volts et la DDR5 – qui commence tout juste à être commercialisée – 1,1 volt.

Bien que cela ne semble pas être grand-chose, cela peut avoir un impact considérable sur l’autonomie des appareils alimentés par batterie. Pour aider à prolonger la durée de vie des batteries, une variante à faible consommation de la DDR a été normalisée, la LPDDR.

Différentes normes

La LPDDR, ou Low Power Double Data Rate Memory, peut sembler être une version à faible consommation de la norme DDR. Cependant, des changements plus importants existent, et les générations ne sont pas directement comparables. Bien qu’elles soient normalisées par le même groupe, le JEDEC, les normes elles-mêmes sont développées indépendamment. Par exemple, la norme LPDDR5 a été publiée avant la norme DDR5, et la norme LPDDR4X a dépassé les taux de transfert disponibles dans la norme DDR.

Les normes LPDDR ont été soigneusement conçues pour fonctionner à des tensions inférieures et pour offrir des caractéristiques adaptées aux besoins actuels et futurs de l’informatique mobile. La LPDDR est principalement utilisée dans les appareils à faible puissance tels que les téléphones mobiles, les tablettes et certains ordinateurs portables.

La LPDDR doit donc offrir des performances performantes ainsi qu’une consommation d’énergie réduite. L’une des principales différences entre la DDR et la LPDDR est que la DDR utilise un bus fixe de 64 bits. La LPDDR offre également des options de bus 32 ou 16 bits pour les cas d’utilisation moins exigeants.

LPDDR1

La LPDDR, appelée rétroactivement LPDDR1, n’a pas apporté de changements massifs à la norme DDR1. La principale différence était la réduction de la tension de 2,5 à 1,8 volts. Cela a permis de réduire la température de fonctionnement des modules DRAM, qui ont dû être rafraîchis moins souvent, ce qui a permis de réduire davantage la consommation d’énergie. Parmi les autres changements, citons la possibilité de rafraîchir une partie de la matrice et un mode « mise hors tension profonde » qui efface la mémoire.

Deux vitesses d’horloge d’E/S ont été normalisées, 200 MHz et 266,7 MHz dans la LPDDR1E. Cela permet un taux de transfert de données de 400MTs ou 533,3MTs avec une taille de prefetch de 2n. La vitesse de 266,7 MHz est en fait plus rapide que ce qui était standardisé dans la DDR1. Ceci est principalement dû aux améliorations de la microélectronique.

LPDDR2

Normalisée en 2009, la LPDDR2 fonctionnait à 1,2V ou 1,8V dans la version LPDDR2E. Elle fonctionne à une vitesse d’horloge d’E/S double de celle de la LPDDR1 avec 400 MHz ou 533,3 MHz. Ce qui permet de doubler le taux de transfert de 800MTs ou 1067MTs, respectivement, avec une taille de prefetch de 4n. Ces statistiques l’alignent sur les deux vitesses les plus rapides de la DDR2 standard. LPDDR2 ajoute principalement des options supplémentaires de rafraîchissement partiel en dehors de la réduction de tension.

LPDDR3

En 2012, le JEDEC a normalisé LPDDR3. Le principal changement a été de doubler la taille de la prélecture à 8n, ce qui a permis de doubler le taux d’horloge d’E/S et le taux de transfert tout en fonctionnant à la même tension de 1,2 ou 1,8 volt que la LPDDR2. Les taux de transfert de données sont passés à 1600MTs ou 2133MTs pour la variante LPDDR3E, offrant des performances comparables à celles de la DDR3, qui était encore la norme pour la mémoire des PC à l’époque.

LPDDR4

La DDR4 et la LPDDR4 ont toutes deux été normalisées en 2014. Toutes deux culminaient à un taux de transfert de 3200MTs, bien que la norme LPDDR4 ait ensuite été étendue à la LPDDR4X, qui offrait des vitesses de transfert inégalées de 4267MTs. La norme LPDDR4 permettait un fonctionnement à 1,1 ou 1,8 volt, tandis que la norme LPDDR4X a ajouté un état d’alimentation encore plus faible de 0,6 volt. La norme LPDDR4 a apporté des modifications importantes, notamment le doublement de la taille de la prélecture et la modification du bus d’E/S, qui passe d’un seul bus de 32 bits à une paire de bus de 16 bits.

LPDDR5

En 2019, la norme LPDDR5 a été normalisée un an avant la norme DDR5. Elle fonctionne à des tensions plus basses, 0,5 volt, 1,05 volt ou 1,8 volt, pour une utilisation énergétique encore améliorée. Elle conserve la même taille de prefetch que la LPDDR4 de 16n mais double le taux de transfert à 6400Mts. La norme a ensuite été modifiée en 2021 avec la LPDDR5X, qui a ajouté une vitesse de transfert de 8533MTs, dépassant ainsi la norme DDR5. La mémoire LPDDR5X devrait apparaître pour la première fois dans les produits mobiles en 2023.

Conclusions

La LPDDR est une série de normes de mémoire pour la RAM conçue pour être utilisée dans des environnements à faible consommation d’énergie. On la retrouve souvent dans les smartphones, les tablettes et certains ordinateurs portables. Bien que les normes soient basées sur les normes DDR, elles sont distinctes et n’apportent pas toujours les mêmes changements dans la même génération. Par exemple, la norme DDR4 a doublé les vitesses de transfert en doublant la vitesse d’horloge de la mémoire interne, tandis que la norme LPDDR4 a doublé la taille du prefetch. Ces changements ont été inversés avec les normes DDR5 et LPDDR5.

La différence la plus importante est que la norme LPDDR est normalisée pour fonctionner à des tensions plus faibles, jusqu’à 0,5 volt. Il est intéressant de noter qu’elle peut également fonctionner à 1,8 volt, ce qui est supérieur à la norme d’alimentation de 1,1 volt de la DDR5. Toutefois, on ignore dans quelle mesure cette partie de la norme LPDDR est utilisée. D’autres changements ont été apportés aux normes LPDDR afin de réduire davantage les besoins en énergie, notamment de nombreuses améliorations du processus de rafraîchissement.

Les normes LPDDR sont généralement développées plus rapidement que les normes DDR. Ce processus est dû au fait que la LPDDR a commencé son développement plus tard. Cependant, elle a maintenant dépassé la norme DDR5. Il n’est pas certain mais peu probable qu’elle puisse maintenir ce rythme de développement. Ou si elle se limitera au rythme de développement de la norme DDR, car il s’agit de la limite actuelle de la technologie de la mémoire.