8533Mhz的LPDDR5X內(nèi)存，未必有你想的那么快

經(jīng)常關注我們?nèi)咨畹呐笥芽赡苓€記得，對于5G手機來說高速的內(nèi)存和閃存非常重要。一方面，這是因為網(wǎng)速的增加使得在線視頻、大型手游的品質(zhì)可以越做越高，對手機的IO吞吐性能提出了更高要求；另外一方面，根據(jù)國際電聯(lián)的要求，5G時代的最終目標是達到20Gbps的網(wǎng)絡帶寬，這就意味著手機至少也得具備與之相應的內(nèi)存和閃存讀寫速度，才有可能充分發(fā)揮高速網(wǎng)絡的優(yōu)勢。

正因如此，自2019年秋季國內(nèi)市場5G正式商用以來，各上游廠商都在快速迭代手機的內(nèi)存、閃存技術標準。例如，2019年秋季的驍龍855+，使用的還是LPDDR4X-4266的標準，到了2020年初的驍龍865，就升級為LPDDR5-5500，而到了2020年底，驍龍888所支持的內(nèi)存速率，更是進一步提升到了LPDDR5-6400。

不僅如此，前不久JEDEC（Joint Electron Device Engineering Council，電子工程設計發(fā)展聯(lián)合協(xié)會）剛剛批準了名為“LPDDR5X”的最新低功耗設備內(nèi)存標準。根據(jù)官方資料顯示，LPDDR5X的等效工作頻率可高達8533MHz，并且很有可能會被下一代旗艦5G SoC驍龍898第一時間采用。換而言之，最快在今年年內(nèi)，旗艦機型內(nèi)存速度就將有著高達33%的大幅提升，而其所帶來的程序安裝、下載、加載、5G緩存等場景下的速度提升，也將為頂級智能手機產(chǎn)品樹立一個新的標桿。

不過對于一些既玩手機，又鉆研PC的小伙伴來說，看到LPDDR5X這個“8533MHz”的頻率數(shù)字可能就會不淡定了。要知道，現(xiàn)在（2021年8月）PC平臺上能買到最快的內(nèi)存條，規(guī)格也才只有DDR4-5200，而對于大部分用戶來說，電腦里用的可能都還是3000MHz不到的DDR4內(nèi)存。如此一來，看到手機里都將用上“LPDDR5X”，并且頻率還這么高，感覺到有些百味雜陳自然也是在所難免的。

但問題就在于，“LPDDR5X-8533”真的有大家想象的那么先進，那么快嗎？這可能就未必了。

首先，LPDDR5X與DDR5其實沒啥關系

雖然從名稱上來看，LPDDR5X看起來與DDR5很像，但實際上正如顯卡專用的GDDR顯存和PC上的DDR內(nèi)存幾乎沒有任何關系一樣，LPDDR標準本質(zhì)上也是一個獨立發(fā)展的標準。只不過現(xiàn)在LPDDR剛好發(fā)展到了第五代而已，所以就會給人造成“LPDDR5”或者“LPDDR5X”與PC上DDR5有關的錯覺。

當然，按照目前LPDDR標準的發(fā)展速度，我們完全有理由相信，其很有可能在未來一兩年內(nèi)就發(fā)展出“LPDDR6”甚至“LPDDR7”。到了那個時候，PC平臺的DDR5內(nèi)存可能才剛剛開始普及，自然也就不會有人認為LPDDR與DDR之間有關系了。

其次，LPDDR5X的8533MHz并非真實運行頻率

解釋完了LPDDR5X的標準命名問題，接下來我們就要談談其高達8533MHz的“頻率”了。

首先我們用一句話來概括事情的真相，那就是LPDDR5X-8533的運行頻率有沒有8533MHz？沒有。但它確實能達到8533MHz內(nèi)存該有的速度。

這是怎么回事呢？要理解這一點，其實就需要回溯到差不多2000年左右。在當時那個年代，PC上的主流CPU還是奔騰2、奔騰3。而當時電腦使用的內(nèi)存也不是現(xiàn)在的DDR家族，而是一種叫做SDRAM的內(nèi)存。

SDRAM的全稱是Synchronous DRAM，也就是同步動態(tài)隨機存儲器。其中的“同步”這個詞十分重要，因為它描述了SDRAM內(nèi)存的一個關鍵技術特性，那就是SDRAM每工作一個時鐘周期，就進行一次讀或?qū)憯?shù)據(jù)傳輸（TTransfers）操作，同時它每一次操作只能傳輸1bit（1比特，也就是一個0或者1的信號）的數(shù)據(jù)量。

因此對于運行頻率為100MHz（兆赫茲）的SDRAM內(nèi)存來說，它在1秒鐘內(nèi)能進行的傳輸操作次數(shù)就是100MT（兆次傳輸），傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量就是100Mb（兆比特）。正因如此，當我們描述一個SDRAM內(nèi)存的速度時，其實就有了三種可用的單位。

我們可以說這個內(nèi)存的運行頻率是100MHz、它的工作速度是100MT/s，或者它的傳輸帶寬是100Mbps。

但當DDR系列內(nèi)存出現(xiàn)的時候，問題就開始復雜了起來。因為DDR內(nèi)存使用了一種叫做數(shù)據(jù)預取的技術，簡單來理解的話，它本質(zhì)上就是讓多個bit的數(shù)據(jù)在一次工作周期里同步讀或者寫。

比如初代DDR內(nèi)存是2n預取、DDR2是4n預取、DDR3是8n預取。所以實際運行頻率100MHz的DDR、DDR2和DDR3內(nèi)存，它們的傳輸帶寬就分別是200Mbps、400Mbps和800Mbps。

然而當時的內(nèi)存廠商擔心如果用帶寬來作為標識的話，哪些習慣了以“頻率”做標準的消費者可能會看不懂。而如果以真實的運行頻率去標識，就會出現(xiàn)“更快的內(nèi)存實際頻率反而更低”的尷尬狀況，更容易造成消費者的困惑。（例如DDR3-1333內(nèi)存的實際運行頻率是166MHz，其實比DDR2-800內(nèi)存的200MHz要低）

為了解決這個問題，從初代DDR內(nèi)存開始，整個行業(yè)就發(fā)明了一套新的命名體系。這就是所謂的“等效頻率”、“等效傳輸次數(shù)”、“等效帶寬”。簡單來說，就是把最初的SDRAM視為“1”，然后其他所有內(nèi)存按照性能倍率，直接標注相對于SDRAM的性能水準。

比如說LPDDR5X-8533內(nèi)存，其預取倍率為16n，所以它的實際運行頻率其實是8533Mhz÷16=533MHz。相比之下，我們所熟悉的PC上的DDR4內(nèi)存，因為使用的是8n預取，因此在等效頻率4800MHz的情況下，實際運行頻率其實就已經(jīng)高達600MHz，比“LPDDR5X”的真實頻率還要更快一些。

最重要的是，手機SoC的內(nèi)存位寬它高不起來

當然，雖然PC上的DDR4-4800內(nèi)存真實頻率比手機上的LPDDR5X-8533更高，但正如我們前文中所說的那樣，更高的“等效頻率”的確意味著LPDDR5X-8533內(nèi)存是要比DDR4-4800更快的。

但是這個“更快”其實還有一個限定條件，那就是它僅僅只是指單個內(nèi)存顆粒的讀寫速度，并不能代表整個內(nèi)存模組的真實工作帶寬。

為什么這么說？因為不管是現(xiàn)代PC還是手機里的CPU，它們與內(nèi)存之間都采用了多通道、多bit的連接方式。而在這個連接方式的規(guī)格（也就是俗稱的位寬）上，PC是比手機要高出了太多太多的。

舉例而言，前文提到的LPDDR5X-8533內(nèi)存，所連接CPU的規(guī)格是4通道，每通道16bit。因此它理論上的真實速寫速度，最高應該能夠達到8533Mbps÷8×4×16=68.2GB/s。相比之下，目前PC上最普及的家用CPU內(nèi)存控制器則是2通道，每通道64bit的規(guī)格。此時如果使用DDR4-5200內(nèi)存并支持的情況下，那么實際的讀寫速度就是5200Mbps÷8×2×64=83.2GB/s。

支持8通道內(nèi)存的銳龍線程撕裂者PRO 3995WX CPU

而如果是按照目前PC上最高端工作站CPU 8通道內(nèi)存控制器、DDR4-3200的規(guī)格，帶寬則可以高達3200Mbps÷8×8×64=204.8GB/s。這就意味著盡管DDR4-3200內(nèi)存本身并不算多快，但由于處理器的位寬夠高，最終的內(nèi)存訪問速度，顯然要比手機里的“LPDDR5X”快到不知哪里去了。