手机中的LPDDR为什么不能替代电脑里的DDR？谁速度更快？

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最近一个朋友向我提出了一个有趣的问题：“LPDDR4和DDR4现在主频都很高，LPDDR4又省电，有更好的能耗比，为什么DDR4还继续存在？”这着实是个好问题，脱口而出的答案又被我咽了下去。思考了一天，我们今天就来详细对比一下。

我们首先要澄清三个误解：

1. 这是个关公战秦琼的问题，也就是说，没有CPU同时支持两者。诚然，主流CPU并不会同时支持LPDDR和DDR，但凡事都有例外。正如有CPU支持DDR和GDDR一样，Intel面向嵌入式系统的atom系列，一般都是即支持LPDDR，又支持DDR。如Baytrail系列，支持LPDDR3，和DDR3L；而最新的GML，则支持LPDDR4和DDR4。

2. LPDDR仅仅提供32bit数据，不能满足x86 64bit数据位宽的需求。实际上这完全不是问题，JEDEC Spec定义了如何用LPDDR4提供64bit数据问题的方法，具体我们后节介绍原理的时候再解释。

3. LPDDR带宽比DDR低。实际上LPDDR4[1]标准定义的带宽比DDR4标准更高：

来源：JEDEC

现在已经有4266MT/s的LPDDR4了，当然DDR4也有类似频率（尽管不在Spec里）。如果频率一样，如都是2133MHz，LPDDR4和DDR4都可以提供每数据pin 4266Mbps的传输带宽。这点没有任何区别。

在厘清了这些误解后，在答案揭晓之前，我们还需要了解LPDDR和DDR的一些主要区别，这样有助于我们理解最后的数据。

LPDDR4 vs DDR4

在本专栏中，我们介绍了很多DDR4的原理，这里不再赘述：

LPDDR4除了电压更低之外，它设计之初并不是给台式机用的。和它服务的嵌入式系统一样，它的目标市场往往是固定搭配的，这让它的配置少了很多灵活性。它的话语空间中，一个和DDR4重要的区别就是Channel。

和LPDDR3每个芯片（Die，device）提供32bit的数据位宽不同，LPDDR4为了降低数据通路的长度，每个芯片分成两个Channel：

每个Channel提供16bit的数据位宽。是的，你没看错，每个LPDDR4颗粒提供2个Channel！这和DDR4 Channel可以包含一到两个DIMM（1DPC，2DPC），而每个DIMM则可以包含4到16个DDR4颗粒。这和DDR5的sub-channel也不同，后者是把DIMM分成两个子通道，而不是每个颗粒都提供两个通道。

这是个重要区别，为了能够提供x86的64bit数据位宽，需要4个LPDDR4，每个提供16bit位宽（想想为什么不是两个）：

注意这种搭配还同时提供了两个Channel，它与下面这种DDR4标准搭配完全不同：

LPDDR4每个颗粒有16个bank，但每个Channel都只有8个bank。而DDR4则支持Bank Group，并发性高很多。

原理够了，是可以看看数据了。

Benchmark数据

我们希望在真实的硬件上一较高下，但会立刻陷入一个麻烦：尽管CPU支持两者，但没有任何一款真正的硬件上可以同时支持两者。那怎么办呢？只有借助于仿真器了，实际上有人已经帮我们比较过了，我们后面的数据都来自这篇论文：

A Performance & Power Comparison of Modern High-Speed DRAM Architectures[2]

更妙的是该论文不但比较了LPDDR4和DDR4，更把几乎所有的DRAM架构都加进来了，十分难得，建议感兴趣的同学认真研读。好了，我们看看数据：

来源：参考资料2

数据基于CPI，也就是cycles per instruction，指令平均时钟周期数，当然是越小越好了。可以看出DDR4比LPDDR4 CPI平均好6%。

DDR4相较LPDDR4，延迟低了很多。LPDDR4难道没有什么优点了吗？当然是功耗更低了：

结论

详细内容还是建议大家详细读论文。这里稍微解释一下这个结果，DDR4相比LPDDR4，提供了Bank Group，并发性更好；时序（tRCD等）往往更低；价格更便宜。无怪乎能选DDR4，就不会用LPDDR4。但LPDDR4耗电低得多，在手机等等设备上还是必选它。

参考资料

[1]: LPDDR4 Spec  https://www.jedec.org/sites/default/files/docs/JESD209-4.pdf

[2] Benchmark 

https://user.eng.umd.edu/~blj/papers/memsys2018-dramsim.pdf