来源：半导体行业观察
目前手机厂商都在全面开展 LPDDR5x 的验证，有的厂商已经规划在今年年末上市支持 LPDDR5x 满血版 8533Mbps 的项目。
能看到，无论是联发科近期发布的天玑 9200 处理器，还是高通最新推出的骁龙 8Gen2 移动平台，LPDDR5x 8533Mbps 的内存支持似乎都在成为下一代旗舰手机处理器的标配，目前手机厂商都在全面开展 LPDDR5x 的验证，有的厂商已经规划在今年年末上市支持 LPDDR5x 满血版 8533Mbps 的项目。
新一代旗舰级智能手机主芯片的发布，预示着智能手机产品将迎来 LPDDR5 向 LPDDR5x 的大规模迭代，由此将迎来移动端、游戏、相机和人工智能应用的性能提升，以及更多新功能，从而进一步提升用户体验。
这一革新的底座，源于内存技术向 LPDDR5X 的升级和演进。
回顾 LPDDR 发展历程，LPDDR5X 迎来新突破
LPDDR 全称是 Low Power Double Data Rate SDRAM，中文全称为低功耗双信道同步动态随机存取内存，通常以先进封装技术直接堆在 CPU 处理器上方，以低功耗和小体积著称，是移动应用场景的主流内存产品。
从十余年前诞生至今，这个由美国 JEDEC 固态技术协会面向低功耗内存而制定的通信标准随着技术的演变和产品需求进行升级和革新。
从第一代 LPDDR 到如今的 LPDDR5X，每一代 LPDDR 都使内部读取大小和外部传输速度加倍，LPDDR 内存产品的应用场景和定制需求等方面也出现了明显代差。
LPDDR 内存是由 DDR 内存演化而来，由于 LPDDR 的使用场景更接近于 DDR，所以 LPDDR 的发展过程和 DDR 有较大的交集。09 年出现的 LPDDR 直到 2013 年的 LPDDR3，可以说一直在追随大哥的脚步。值得注意的是，到了 LPDDR3 时代，LPDDR3 以其不错的性能和更加优秀的能耗比，开始被包括 Mac Book air 在内的笔记本平台所采用。
后续随着智能手机等移动平台愈发旺盛的市场和和性能需求，LPDDR4 开始按照自己的应用场景需求建立起自己的规范体系。
从 LPDDR4 开始，它和 DDR 内存走上了不同的发展道路。
随着移动市场的持续增长，手机等产品对内部硬件速率和续航指标的需求也在提升。LPDDR4 设计之初的目标，就是将 I/O 接口的数据速率由 LPDDR3 的 2133Mbps 提高到了 3200Mbps 乃至 4266Mbps。为实现这一目标，JEDEC 委员会不得不重新设计 LPDDR 的架构，从此前的 16 位单通道芯片改为每通道 16 位的双通道芯片，总位数达到 32 位。
双通道架构缩短了数据信号从存储器阵列到 I/O 粘贴片的传送距离。这样就降低了 LPDDR4 接口所要求的大量数据传输所需要的功耗。而且双通道架构使得时钟与地址总线可以同数据总线放在一起。因此，数据总线到时钟及地址总线之间的偏斜得以降到最小，从而使得 LPDDR4 器件达到更高的数据速率。
此外，LPDDR4 成功将预读取位数由原来的 8 位突破到了 16 位，同时其运行电压进一步降低至 1.1V，并通过改变 I/O 接口信号发送方式、支持宽范围频率下的节电功能等一系列革新，使得 LPDDR4 在移动端大获成功，不仅抢先于 DDR4 更先商用，也受到了移动端市场的广泛欢迎，得以快速普及。
而 LPDDR5 则更进一步，2019 年 2 月，JEDEC 正式发布了 JESD209-5，即 Low Power Double Data Rate 5 ( LPDDR5 ) 全新低功耗内存标准。相较于 2014 年发布的第一代 LPDDR4 标准，LPDDR5 的 I/O 速度提升到 6400 MT/s，直接翻番。
JEDEC 协会认为，LPDDR5 有望对下一代便携电子设备的性能产生巨大提升，为了实现这一改进，协会标准对 LPDDR5 体系结构进行了重新设计，转向最高 16 Bank 可编程和多时钟体系结构。
基于 LPDDR5 技术提升，智能手机上的 4K 高清视频直播、最新手游和基于 AI 的计算影像等应用均依赖更高的内存带宽才能带来更流畅的体验。 在这两三年时间中，LPDDR5 在智能手机应用中位元出货的渗透率从不足 8% 发展至如今的接近 40%，成为绝大对数智能旗舰手机 DRAM 选型的必备技术。
基于 LPDDR5 的性能基础，LPDDR5X 更进一步，将赋能更广泛的设备拥有更多基于 AI 和 5G 的功能。
根据相关数据显示，LPDDR5X 内存在各个场景下的功耗得以大幅降低，其中短视频功耗降低 30%，长视频功耗降低 25%，游戏功耗降低 30%，综合下来实际日常使用的功耗可降低 20% 左右。
据了解，相比起满血版 LPDDR5，LPDDR5X 带来的提升主要有三点，分别是数据传输速率从 6400Mbps 增至 8533Mbps，提升幅度高达 33%；TX/RX 均衡改善信号完整性；以及能通过新的自适应刷新管理提高可靠性。而且，对于支持 8533Mbps LPDDR5X 内存的移动 SoC，其峰值理论可用带宽将进一步增长到 68.26GB/s。
除了性能上的提升外，为了提高数据传输速率以及提高低功耗内存子系统的可靠性，LPDDR5X 引入了名为 pre-emphasis（预加重）的功能来提高信噪比并降低误码率以及自适应刷新管理，此外还有每引脚决策反馈均衡器，可以增强内存通道稳健性。两种内存颗粒的引脚完全兼容，这可以从各个层面上简化处理器对 LPDDR5X 支持所需要的内存控制策略。
历代 LPDDR DRAM 的数据传输速率
除此之外，在内存库分组和可变电压方面，LPDDR5X 进行了更好的优化，从而能有效降低系统的整体功耗。
通过移动生态系统各个方面的合作和创新，LPDDR5X 的性能和功耗将解锁全新 AI 和 5G 的潜力，例如，运营商建设和投资基础设施，手机厂商开发出能利用这一新带宽的终端设备，以及整个半导体行业的参与。
市场逆境下，存储大厂仍争相布局
在 LPDDR 技术正常迭代背后，在智能手机更高性能和容量需求情况下，是三星电子、SK 海力士以及美光三家内存巨头在全球 LPDDR5X 这一最新技术领域的激烈竞争。
从市场格局来看，在 DRAM 这个重要的存储芯片细分领域，三星、SK 海力士和美光是当之无愧的佼佼者。研究机构 ICInsights 的数据显示，2021 年三大厂商共占据 DRAM 市场 94% 的份额。其中第一名韩国三星电子约占 43.6%，第二名韩国 SK 海力士约占 27.7%，第三名美国美光约占 22.8%。
据 ICinsights 消息报道，疲软的经济状况和高通胀率减缓了全球对个人电脑、主流智能手机和其他消费电子产品的需求。
因此，DRAM 旺季不旺，需求呈螺旋式下降，预计 2022 年下半年销售额将下降 40% 至 293 亿美元，预计 2022 全年 DRAM 市场将下降 18%。
三星、SK 海力士、美光等行业巨头纷纷表示季度内存销售额大幅下滑，并且预计 DRAM 市场疲软将持续到今年年底，至少会持续到 2023 年第 1 季度。
存储芯片市场迎来下行周期，产业变得愈发保守起来，比如缩减产能、灵活调整资本支出。美光科技预计 2023 财年资本支出为 80 亿美元，同比下滑 33%；SK 海力士决定将明年的投资规模从今年预计的 15-20 万亿韩元减少到 50% 以上；相比之下，三星暂未宣布减少 2023 年投资，保持了逆周期扩产的传统，只示可能灵活调整 2023 年设备方面的资本支出。
不过，在逆境之下，存储大厂始终对先进技术保持积极投入的态度。
LPDDR5X 在取得更高带宽和更快速率的同时，降低了系统的整体功耗，除了在技术标准上的革新外，使用更先进的工艺节点，功耗效率自然会相应提升。
对 DRAM 芯片而言，先进制程意味着高能效与高容量，以及更好的终端使用体验。在芯片工艺制程上，DRAM 目前的表述和以前有所不同。因为电路结构是三维的，所以线性的衡量方式不再适用，相较于之前的多少纳米，出现了 1X、1Y、1Z、1α、1β、1γ 之类的术语表达制程。
当前，DRAM 先进制程工艺经历了 1x、1y、1z 与 1α 四代技术。三星、SK 海力士和美光已在 2016-2017 年期间进入 1Xnm 阶段，2018-2019 年进入 1Ynm 阶段，2020 年后进入 1Znm 阶段。最新的 1αnm，仍处于 10+nm 阶段。
目前，各大厂家在继续向 10nm 逼近。
SK 海力士：首次将 HKMG 工艺用于 LPDDR
2022 年 10 月 8 日，韩国 SK 海力士公司抢先一步，宣布开始销售基于 HKMG（高 K 金属栅）技术的 LPDDR5X（低功耗双数据速率 5x）移动 DRAM。
与上一代芯片相比，SK 海力士新产品采用 1α 工艺制造，功耗降低了 25%，速度提升了 33%，实现了 8.5Gbps 的操作速度。在 JEDEC 固态技术协会设定的 1.01V 至 1.12V 的超低电压范围内运行，确保了行业最高的低功耗指标的实现。
在 DRAM 业界中，SK 海力士首次将 HKMG 工艺用于移动 DRAM。
借助 HKMG，一层薄薄的高 k 薄膜可取代晶体管栅极中现有的 SiON 栅氧化层，降低了泄漏电流，提高了芯片可靠性。
高 k/ 金属栅极的集成解决方案
此外，通过减小栅厚度，可以实现晶体管微缩，并改善基于多晶硅 /SiON 的晶体管的速度特性。
SK 海力士利用 HKMG 工艺，既提高了性能，又降低了功耗，可谓是一石二鸟，实现了积极的扩展和高效率。
此外，2022 年 10 月 23 日，SK 海力士向光刻机巨头 ASML 订购了下一代高数值孔径（0.55）的 EUV 光刻机，准备大干一场。EUV 光刻机将带来更简化的工艺流程，且成本会随着工艺的不断完善而不断降低。
加持 EUV 光刻机可以大幅度提高 DRAM 性能
需要指出的是，尽管采用了 EUV 光刻机，SK 海力士此次官宣的基于 HKMG 技术的 LPDDR5X 移动 DRAM 仍然属于 1α 节点。
三星电子：业界最快速度通过高通验证
紧随其后，10 月 18 日，三星电子宣布其最新与高通合作的 LPDDR5X DRAM，日前以 8.5Gbps 的业界最快速度通过了验证。
据了解，三星 LPDDR5X 采用 14nm 工艺制程，速度、容量以及功耗方面实现大幅提升，与上一代产品 LPDDR5 相比，其运行速度提升至 1.3 倍，功耗也减少了约 20%。
三星与高通公司合作优化后，LPDDR5X 的速度稳定在 7.5Gbps，依旧是现有产品速度的 1.2 倍，预计会运用在下一代智能手机身上，提升超高分辨率视频录制、图像识别等方面的性能体验。
三星方面表示，LPDDR5X 内存具有低功耗和高性能优势，其不单能够使用在手机中，在 PC、服务器和汽车中也能广泛使用。
在 10 月召开的 Samsung Foundry Forum 2022 活动上，三星还对外公布了 DRAM 技术路线图。按照规划，三星将于 2023 年进入 1β nm 工艺阶段，即第五代 10nm 级别 DRAM 产品。为了克服 DRAM 扩展到 10nm 范围以外的挑战，三星一直在开发图案化、材料和架构方面的颠覆性解决方案，高 K 材料等技术正在顺利进行中。
三星电子 LPDDR 芯片发展历程
美光科技：率先推出 1β 节点工艺
11 月 2 日，美光正式推出了 1β 节点 DRAM 产品，并且已经向智能手机和芯片平台合作伙伴进行出样测试。据美光透露，目前 1β 节点 DRAM 产品已经做好量产准备，并且会率先在 LPDDR5X 移动内存上采用这一全新制程技术，最高速度可达 8.5Gb/s。
据悉，与 1α 相比，1β 技术可将能效提高约 15%，内存密度提升 35% 以上，单颗裸片容量高达 16Gb。美光认为，随着 LPDDR5X 的出样，移动生态系统将率先受益于 1β DRAM 产品的优势，从而解锁下一代移动创新和先进的智能手机体验，并同时降低功耗。
作为世界最先进的 DRAM 工艺节点，1β 代表了美光市场领先地位的提升，并与 1α 技术节点的批量发货紧密相连。
另一方面，美光正在通过精密的光刻和纳米制造挑战物理定律。
DRAM 的规模很大程度上取决于每平方毫米半导体面积提供更多更快的内存的能力，这需要缩小电路。然而，随着芯片越来越小，在芯片上定义电路图案需要挑战物理定律。
虽然内存芯片已经开始转向一种使用 EUV 光刻来克服这些技术挑战的新工具，但美光已经利用其已被证实的前沿纳米制造和光刻技术，绕过了这一新兴技术。
美光表示，EUV 技术仍处于发展初期，为规避技术风险，美光采用了成熟的尖端纳米制造和光刻技术进行 1β 的生产。要做到这一点，需要应用公司专有的、先进的多图案技术和浸没能力，例如专有的先进多重曝光技术和浸润式光刻技术，以最高的精度对这些微小的特征进行蚀刻。
这种创新带来的更大容量也将使智能手机和物联网设备等外形尺寸较小的设备能够在紧凑的空间中容纳更多内存。
在 1β 上制造的高密度、低功耗存储器能够在数据密集的智能事物、系统和应用程序之间实现更高效的数据流，并实现从边缘到云的更多智能。在未来一年，美光将开始在嵌入式、数据中心、客户端、消费者、工业和汽车领域扩大 1β 的投资组合。
写在最后
尽管存储芯片正面临市场价格的 " 雪崩 "，但以三巨头为代表的存储厂商动态来看，长期的市场信心依然屹立不倒。在这种背景下，持续推进 1α、1β、1γ 工艺革新将是内存巨头们不变的战略，存储芯片赛道上的技术竞争仍旧十分激烈。
无论是第五代 10nm 级 DRAM 技术，还是更高层数堆叠的 NAND Flash，存储大厂都在积极发力，以保持市场领先地位，并满足市场对高容量、高性能产品需求，呈现出持续发展的潜能。
同时，未来 LPDDR 的使用范围也将会从智能手机逐渐扩展到 AI、汽车和数据中心等应用场景，市场前景越来越广阔。
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