モバイルデバイスの PCIe NVMe BGA SSD

歴史的に、モバイル デバイスの世界では、NAND フラッシュ ストレージ サブシステムは常に独自の層に属してきました。これは、小型のシングル BGA パッケージのフォームファクタに対する要件と、非常に低い消費電力に対する要求によって推進されています。

もう 1 つの理由は、モバイル システムの統合レベルが非常に厳しいことです。これには、ホスト プラットフォームと各 NAND フラッシュ ストレージ デバイスを組み合わせる広範な相互運用性と認定セッションが必要です。

より高速でより高機能なシステムへの絶え間ない取り組みにより、モバイル デバイスと主流の PC のパフォーマンス要件の間の境界線が曖昧になってきています。このため、モバイル デバイス テクノロジーの次の飛躍を可能にする可能性のある他のソリューションの検討を開始する必要性が高まっています。

この投稿に入る前に、前回の投稿でモバイル NAND フラッシュ メモリ ストレージの進化について詳しく学ぶことは興味深いことです。下のバナーをクリックしてください。

読む: モバイル NAND フラッシュ メモリ ストレージの進化

PCIe NVMe BGA SSD を電話機に搭載する理由は何ですか?

PCIe バスは非常に多用途であり、現在では、モバイルを含むほぼすべてのクラスのデバイスにおける CPU と拡張ボード、ネットワーキング、ストレージ、周辺機器間の相互接続の主要な形式となっています。

モバイル アプリケーションでは、PCIe は通常、CPU と無線モジュール (WIFI、Bluetooth、セルラー モデムなど) を接続するために使用されます。 PCIe ハードウェア インターフェイスはすでに CPU の開発、テスト、および認定プログラムの一部になっているため、ストレージ デバイスを含めてその使用を拡大することは論理的な選択です。また、同一回路の複製、検証、テスト (複数の PCIe リンクの追加) は、完全に独自の設計要素 (UFS に必要な回路など) に投資するよりもはるかにコスト効率が高くなります。

シリコン プロセス ノードと NAND フラッシュ コントローラー アーキテクチャの最近の進歩により、モバイル BGA SSD のドライブがさらに強化されています。 BGA SSD は、電力/パフォーマンス (ワット/GBps) の観点から UFS と競合できるようになりました。さらに深く掘り下げると、モバイル デバイスが NVMe BGA SSD を使用しない理由を疑問視する必要があることが明らかになります。

進化のペース

リリース スケジュールと、数年間にわたる PCIe と UFS の共存でサポートされるデータ スループットを見てみましょう。 PCIe 仕様は、UFS より少なくとも 2 世代前から、同等のデータ スループットを可能にしています。当社の次世代携帯電話は、BGA NVMe SSD により最大 3.5 倍高速になる可能性があります。

積極的なアプローチか、それとも製品の成熟度か?

新しい UFS 仕様が公開されると、モバイル業界全体が次の世代の主力モバイル デバイスに対応するために製品の開発、生産、認定を急いでいます。最初のサプライヤーが製品のサンプルを発行し始めるまで、通常は 1 年もかかりません。

PCIe に対する同様の積極的なアプローチを検討すると、同じ時間枠内でパフォーマンスが即座に極端に向上することになります。レーン削減 (1 レーン) も可能になるため、マザーボードの配線が改善され、必要な PCB 面積が減少します。これは、このような小型で高密度のシステムでは重要です。その変更が 2019 年に起こっていたら、2021 年には 1 または 2 レーン (3.5 または 7GB/s) の PCIe Gen5 NVMe BGA SSD が UFS 3.1 (2GB/s に制限) と直接競合することになっていたでしょう。

それほど魅力的ではありませんが、同様に重要ですが、BGA SSD は市場投入までの時間を短縮します。これは、携帯電話が幅広いプラットフォームにわたってテスト、量産、採用されたコンポーネントの恩恵を受けるためです。たとえば、PCIe Gen3 x2 レーン (1.6GB/s) 仕様は UFS 2.1 (1GB/s) より 6 年早くリリースされ、Gen4 x2 レーン (3.5 GB/s) は UFS 3.0 (2GB/s) より 1 年早くリリースされました。 s）。

開発・生産規模

NAND フラッシュ コントローラー IC には、一般に IP ブロック (知的財産ブロック) または単に IP と呼ばれるさまざまな機能ブロックが含まれています。

同じインターフェイスを共有しますが、異なるパフォーマンス層向けに設計された 2 つのフラッシュ コントローラーは、ホスト インターフェイス (PCIe、UFS) の高速アナログ回路と NAND フラッシュ I/O を含む IP を共有できます。

BGA SSD は、PC およびエンタープライズ エコシステム全体から恩恵を受けます。たとえば、PC 用のエントリーレベルの DRAM レス NVMe M.2 SSD は、BGA SSD として簡単に再パッケージ化できます。両方の SSD は、同じフラッシュ コントローラー、ファームウェアの大部分、およびその他のいくつかの開発およびテスト リソースを共有します。これにより、NVMe BGA SSD は規模の経済の恩恵を受けることができ、両方の製品ラインのコストが削減され、市場投入までの時間が大幅に短縮されます。

参入障壁

モバイル デバイスでは高度な統合が行われているため、互換性の問題が発生する余地はまったくありません。ホスト CPU とデバイスのメーカーはどちらも、AVL (承認ベンダー リスト) にリストされているすべての部品が徹底的にテストされ、認定されていることを確認するために多大な労力を費やしています。

これは、業界がコンポーネントを相互接続するためのインターフェイスに落ち着いたら、変更を正当化するための強力な理由が必要になることを意味します。 PCIe はモバイルのストレージ サブシステムに正式に採用された標準ではありませんが、他のサブシステムの接続にはすでに使用されています。これにより、ストレージの PCIe への移行が大幅に簡素化されます。

先駆者と期待

前回の記事で、BlackShark (XiaoMi グループのメンバー) が NVM BGA SSD をフラッグシップ携帯電話に初めて組み込んだと述べました。現在の電話機の CPU は NVMe から起動できないため、Phison NVMe BGA SSD (Phison E13T BGA SSD) は、RAID 0 構成で UFS 3.1 デバイスとペアリングされました。これにより、ストレージ サブシステムはほぼ次の性能を達成できるようになりました。 3GB/秒の帯域幅.

BlackShark と協力しながら、Phison は他の Phison NVMe SSD を幅広くテストし、設計の再利用とさらに広い帯域幅の可能性を実証することができました。 Phison は、 Gen4x2 BGA SSD 2022年上半期に。

Phison は携帯電話アプリケーションでの BGA SSD のサポートに取り組んでおり、将来の可能性に興奮しています。