Ứng dụng di động phát triển, nhu cầu băng thông di động ngày càng tăng cao đã tạo động lực mạnh mẽ cho các nhà phát triển DRAM di động.

Khi thị trường DRAM ngày càng lớn, phân khúc DRAM di động (mobile DRAM) liên tục lấn sân sang tất cả các lĩnh vực, tranh đua quyết liệt để bắt kịp nhu cầu băng thông, phục vụ cho thị trường vốn có tính đào thải nhanh. Theo iSuppli, số lượng DRAM di động bán ra thị trường sẽ tăng từ 11% năm 2010 lên 16,5% vào năm 2014.

DRAM di động là DRAM chuyên được dùng kết hợp với các tính năng tiêu thụ năng lượng thấp. Các nhà sản xuất thiết bị như Elpida, Hynix, Micron và Samsung đã phải đối mặt với sự "cháy hàng" điện thọai thông minh (smartphone) và máy tính bảng (tablet) vốn đang bán rất chạy như hiện nay. Một nguồn tin cho hay, Elpida Memory chuyển sản xuất phần lớn DRAM máy tính sang DRAM di động để đáp ứng kịp nhu cầu cung cấp cho iPad 2 của Apple.

Cùng thời điểm, các yêu cầu về băng thông tại thị trường di động đang tiếp tục lồng ghép các khả năng về công nghệ DRAM di động thế hệ hiện tại, buộc thay đổi một rãnh (lane) ở các chuẩn thế hệ tiếp theo.

Cuộc đua chuẩn DRAM di động
CN	Các NSX ủng hộ	Độ sẵn sàng
LPDDR2	Elpida, Hynix, Micro, Samsung	Có sẵn
LPDDR3	Micro	Chưa có
LPDDR4	Chưa có	Chưa có
Mobile XDR	Rambus	Chưa có
SPMT	ARM, Hynix, LG, Marvell, Samsung, Silicon Image	Giữa năm 2011
Wide I/O	Hynix, Samsung, Sematech, Semiconductor Equipment & Materials International, Semiconductor Research.	Các thiết bị I/O di động sẽ ra mắt vào năm 2013, còn các thiết bị TSV (Through Silicon Via - công nghệ DRAM 3D chồng các chip) chưa xác định thời gian

Theo Jim Venable, chủ tịch Serial Port Memory Technology (SPMT) – nhóm sáng chế công nghệ bộ nhớ thế hệ tiếp theo cho biết, những yêu cầu về băng thông đang chỉ là phần ngọn. DRAM di động tiêu thụ năng lượng thấp, tốc độ gấp đôi, như LPDDR2 (Low-power double-data-rate 2) là công nghệ DRAM di động mới nhất và nhanh nhất hiện nay, đã tìm được chỗ đứng trên thị trường.

Các “trường phái” công nghệ khác nhau cũng đã có được những công nghệ DRAM di động thế hệ kế tiếp có tính cạnh tranh hơn, nhằm đáp ứng nhu cầu băng thông. Những công nghệ mới có thể kể đến như: LPDDR3, LPDDR4, M-PHY của tổ chức MIPIA (Mobile Industry Processor Interface Alliance), Mobile XDR của Rambus, SPMT của Silicon Image và I/O rộng (wide I/O)… Samsung và các hãng khác ủng hộ wide I/O, còn Micron đang tiến tới LPDDR3.
Mueez Deen, giám đốc mảng DRAM di động của Samsung Semiconductor, cho biết còn quá sớm để biết ai sẽ dành phần thắng trong các công nghệ này. Nhưng ông lưu ý, chỉ có một chỗ cho công nghệ mới hay tối đa là 2 cho các thiết bị phổ biến trong tương lai.

Vấn đề liên quan đến băng thông sẽ cần cầu viện công nghệ mới. Một ví dụ điển hình là với LG Electronics, mới đây họ đã tung ra Optimus 3D, smartphone 4G có các tính năng hiển thị 3D không cần dùng kính, camera đôi và video HD. Smartphone này sử dụng bộ xử lý OMAP 4 nhân đôi của Texas Instruments (TI) và dùng DRAM di động nền tảng LPDDR2. Apple iPad 2 cũng sử dụng DRAM di động LPDDR2.

Một số người tin tưởng rằng, LPDDR2 sẽ chiếm giữ vị trí tốt. DRAM di động nền tảng công nghệ LPDDR2 có băng thông tối đa là 8,5GB/giây và ước tính sẽ tiêu thụ mức công suất 360mW lúc cao điểm. Chậm nhất là đến năm 2013, ngành công nghiệp này sẽ sản xuất được sản phẩm có băng thông 12,8GB/giây và tiêu thụ 500mW, Herb Gebhart, phó chủ tịch phát triển chiến lược của Rambus cho biết.

Brian Carlson, quản lý dòng sản phẩm bộ xử lý các ứng dụng OMAP 5 của TI cho biết, DRAM di động có thể cần băng thông lên đến 25,6GB/giây trong tương lai. Một thách thức lớn để đảm bảo công nghệ đạt tốc độ nhanh hơn, đồng thời phải giảm kích thước chip và công suất tiêu thụ nhằm nâng tuổi thọ pin.

Các nguyên tắc này quan trọng đối với bộ nhớ di động. Theo Mike Howard, chuyên gia phân tích ở IHS iSuppli cho biết, trước xu hướng "mốt" về smartphone và tablet, DRAM di động đã có thời được xem như "ngủ đông" trong thị trường bộ nhớ. Hiện nay, nhờ có smartphone và tablet, thị trường DRAM di động được dự đoán sẽ tăng trưởng lên 71% trong năm nay.

Theo thống kê của IHS iSuppli, việc kinh doanh DRAM di động tăng trưởng nhanh hơn DRAM nói chung. Giữa cuộc khủng hoảng về máy tính, tổng doanh thu thị trường DRAM ước tính sẽ đạt 35,5 tỉ USD trong năm 2011, giảm 11,8 % so với năm 2010, đạt 40,3 tỉ USD.

Theo Hans Mosesmann, chuyên gia phân tích của Raymond James & Associates, dung lượng DRAM trung bình trong smartphone và tablet đang tăng từ 512MB hiện nay lên 1GB trong tương lai; ngược lại, dung lượng DRAM trên máy tính trung bình từ 3,4GB lên 3,5GB.

Chi phí cho DRAM di động cao hơn từ 2 đến 4 lần so với DRAM máy tính, vì các ứng dụng di động đòi hỏi nghiêm ngặt về kích thước và nhu cầu năng lượng. Các doanh nghiệp kinh doanh DRAM di động thường đưa giá theo đơn đặt hàng, loại sản phẩm.

Băng thông gắn liền với công nghệ

Những thay đổi về băng rộng sẽ nhờ vào các công nghệ mới. Thế hệ DRAM di động trước dựa trên công nghệ DRAM đồng bộ công suất thấp và gần đây là LPDDR1. DRAM di động LPDDR1 có công suất là 1,8V, xung nhịp 200MHz, băng thông 400GB/giây.

Hiện nay, mức độ hỗ trợ của LPDDR1 không còn phù hợp với nhu cầu, các nhà sản xuất đang đua nhau cung cấp các thiết bị nền tảng LPDDR2, nguồn 1,2V và theo nhà sản xuất, công suất tiêu thụ của thiết bị sẽ giảm xuống còn 50% bằng cách sử dụng các kỹ thuật PASR (partial array self-refresh) - một trong những chức năng giúp DRAM di động tiêu thụ năng lượng thấp hơn.

LPDDR2 chạy với tốc độ xung nhịp từ 100MHz đến 533MHz, băng thông từ 200MB/giây đến 1.066MB/giây và băng thông sẽ đạt 8,5GB/giây nếu lắp đặt 4 thanh DRAM di động nền tảng LPDDR2 đồng thời trên cùng một thiết bị.

Cũng như các hãng đang đẩy mạnh việc đưa ra các thiết bị LPDDR2 vào thị trường. Trong khi đó, Micron Technology dẫn đầu LPDDR3 khi đã tung ra DRAM công nghệ này hoạt động ở xung nhịp 800MHz hay băng thông 1,6GB/giây. Với 4 thiết bị, LPDDR3 sẽ đạt băng thông đỉnh là 12,8GB/giây, Dan Skinner, Giám đốc kiến trúc DRAM di động của Micron cho biết.

Hiện tại, LPDDR2 đáp ứng hầu hết các yêu cầu của hệ thống di động nhưng trong thời gian tới, "top 10%" hệ thống cao cấp sẽ phải cần đến LPDDR3, Skinner chủ tịch nhóm công tác LPDDR3 của Jedec cho biết. Bảng mô tả các chi tiết kỹ thuật dự thảo cho LPDDR3 sẽ hoàn tất vào cuối năm nay.

Đối thủ Samsung thờ ơ với LPDRR3 và cho rằng, LPDDR2 có những ưu thế riêng và sẽ là "bộ nhớ được ưa chuộng", ít nhất cho đến 2012. Samsung đang tiếp tục tung ra DRAM di động với mức xung nhịp 533MHz, băng thông 4Gb dựa trên công nghệ LPDDR2 và công nghệ 30nm. DRAM di động mới này sẽ làm cho các sản phẩm di động nhẹ hơn, thời gian dùng pin lâu hơn.

Trước đây, 4 chip LPDDR2 2Gb lược xếp chồng để tạo thành một gói 1GB. Nhưng hiện nay, xếp chồng 2 chip LPDDR2 4Gb đã đạt được 1Gb, giảm chiều cao của gói xuống 20% và tiết kiệm được 25% điện năng tiêu thụ.

Ngoài LPDDR2, Samsung cũng đã công bố hỗ trợ cho SPMT và wide I/O rộng. Wide I/O họat động ở các tần số thấp để giảm công suất tiêu thụ. DRAM truyền thống có 32 lane dữ liệu. Trong khi đó, DRAM wide I/O có 4 kênh, công nghệ 128-lane, nên tổng cộng có 512 I/O và tổng băng thông lên đến 12GB/giây.

Đến năm 2013, các nhà sản xuất hy vọng sẽ triển khai mạnh mẽ DRAM wide I/O. Trong tương lai xa, các nhà sản xuất tin tưởng rằng, họ có thể chồng nhiều bộ nhớ wide I/O bằng cách sử dụng silicon với công nghệ chồng 3D. Nhưng hiện nay, TSV vẫn còn bị cản trở do chi phí cài đặt cao và công cụ EDA (Electronic Design Automation) hỗ trợ ít.

Venable, đại diện SPMT cho biết, TSV chưa sẵn sàng trong thời gian đầu khi khả năng phục vụ của LPDDR2 không còn đáp ứng, và LPDDR3 là công nghệ "tạm thời" có tốc độ nhanh hơn, nhưng tiêu thụ năng lượng nhiều hơn.

SPMT cho rằng, họ đang định hướng đúng nhưng vẫn chưa chứng minh được điều này. Năm ngoái, SPMT đã bỏ cách tiếp cận nối tiếp (series) truyền thống của mình và triển khai công nghệ lai song song/nối tiếp (hybrid parallel/serial technology) hay còn được gọi là SerialSwitch, băng thông đạt 1,6GB/giây khi chạy chế độ song song, và lên đến 6,4GB/giây khi chạy ở chế độ nối tiếp trên mỗi kênh.

Các thành viên nhóm SPMT gồm ARM, Hynix, LG, Marvell, Samsung và Silicon Image. Dự kiến DRAM đầu tiên dựa trên nền tảng SPMT sẽ ra mắt vào cuối năm nay.

Theo một số nguồn tin cho hay, Mobile XDR của Rambus hỗ trợ băng thông lên đến 17GB/giây. Nhưng Rambus đã sớm gặp phải một vấn đề khi đưa công nghệ này vào bộ nhớ chính cho máy tính, và có thể sẽ đối mặt với tình trạng tương tự ngay khi có các đặc tả chi tiết kỹ thuật mới.

LPDDR3 "tốt hơn" cho mục tiêu mới của ngành công nghiệp: hạ mức điện năng tiêu thụ xuống mức 500mW trong tương lai; nhiều băng thông hơn (LPDDR3) nhưng lại tiêu tốn năng lượng nhiều hơn.

Tiếp theo là gì? Một số chuyên gia nghiên cứu thị trường bắt đầu bàn về LPDDR4, có thể hiện thực hoặc không. Một công nghệ đáng xem khác là M-PHY, được hỗ trợ bởi liên minh MIPI (Mobile Industry Processor Interface). Đặc tả chi tiết kỹ thuật của MIPI là giao diện "chip-to-chip" về màn hình, camera, âm thanh, hình ảnh, bộ nhớ, quản lý nguồn và truyền thông bằng tần số phát sóng (baseband) đến chip RF. Điều này gián tiếp cạnh tranh với DRAM di động, nhưng có một vài tác động lên bộ nhớ.

Đánh cược công nghệ

Công nghệ DRAM di động thế hệ tiếp theo sẽ chiếm ưu thế trên thị trường? Dù còn quá sớm để tuyên bố chiến thắng nhưng công nghệ DRAM wide I/O đã nhanh chóng được áp dụng vào thực tế và có một khởi đầu tốt đẹp. Nokia cho biết, đã chứng thực đặc tả chi tiết kỹ thuật, Hynix và Samsung cũng đã vào cuộc.

Nhưng các công ty điện thoại di động khác chưa đánh tiếng. Motorola và RIM (Research in Motion) chưa có phản hồi cho các câu hỏi liên quan đến vần đề này. Và có lẽ Apple là OEM kín tiếng nhất trên thế giới.

Một đầu mối đáng quan tâm là các nhà sản xuất bộ xử lý ứng dụng. Các bộ xử lý ứng dụng hỗ trợ những chức năng như kết nối không dây, quản lý điện năng tiêu thụ, audio và video trên các smartphone, tablet và một số thiết bị di động khác. Mỗi bộ xử lý ứng dụng cũng hỗ trợ chuẩn DRAM di động được chứng nhận OEM.

Nhà sản xuất bộ xử lý các ứng dụng Texas Instruments đang theo dõi tất cả các chuẩn và cho rằng một khi công nghệ mới xuất hiện cần phải có sự ảnh hưởng nhất định. Wide I/O có nhiều ưu thế, Brian Carlson, quản lý dòng sản phẩm OMAP 5 của TI cho biết. Đây là nhân tố giúp ngành công nghiệp DRAM di động có bước chuyển biến mới.

Đầu năm nay, Qualcomm đã triển khai kiến trúc bộ xử lý ứng dụng thế hệ tiếp theo của họ là Snapdragon. Vi kiến trúc xử lý này có tên mã là Krait, cung cấp mức xung nhịp lên đến 2,5GHz/nhân. Được xây dựng trên kiến trúc nền tảng ARM và công nghệ xử lý 28nm, các thiết bị sẽ có nhiều phiên bản gồm một nhân, 2 nhân và bốn nhân. Gần đây, TI cũng tung ra OMAP 5 đa nhân, dựa trên nền tảng xử lý 28nm. Bộ xử lý này sẽ có 2 phiên bản: OMAP5430 dành cho smartphone và OMAP5432 dành cho sản phẩm tiêu dùng và máy tính xách tay.

Raj Talluri, Phó Quản lý sản phẩm Bộ xử lý ứng dụng của Qualcomm, cho biết vẫn còn quá sớm để dự đoán một chiến thắng giữa các chuẩn công nghiệp DRAM. Nhưng ông lưu ý rằng, ngành công nghiệp cần bộ xử lý mạnh hơn cho các ứng dụng dữ liệu chuyên sâu và mới.

Đồng thời, nhu cầu nhiều băng thông hơn đang bùng nổ trên các thiết bị di động đã làm tăng quyền năng các bộ xử lý ứng dụng lên nhiều hơn. Đây là cuộc đua đang diễn ra tại các công ty như: Nvidia, Qualcomm và TI.

DRAM di động 1Gb của Samsung

Tháng 2 vừa qua, Samsung đã chính thức công bố mẫu DRAM di động 1Gb, với giao tiếp wide I/O, sử dụng công nghệ xử lý 50nm. Đây là mẫu DRAM di động mới của Samsung, được kì vọng sẽ mang lại sức mạnh mới cho các máy tính bảng và điện thọai thông minh trong tương lai gần, trong đó gồm Galaxy Tab thế hệ tiếp theo của hãng và các thiết bị di động khác.

DRAM di động wide I/O này có thể truyền dữ liệu với tốc độ lên đến 12,8GB/giây, tăng 8 lần so với DDR DRAM di động (1,6GB/giây) nhưng điện năng tiêu thụ giảm hơn 87%; băng thông cao hơn 4 lần so với DRAM di động nền tảng LPDDR2.

Để đạt được tốc độ truyền dữ liệu này, DRAM di động giao tiếp wide I/O của Samsung đã sử dụng I/O 512 chân cho cả đầu ra và đầu vào, DRAM di động truyền thống chỉ có 32 chân. Tiếp theo thành công này, Samsung hy vọng sẽ tiếp tục cung cấp DRAM di động wide I/O 4Gb, công nghệ xử lý 20nm vào năm 2013.

Theo PCWorld VN