モバイル NAND フラッシュメモリストレージの進化

Author フィリペ・リオス | 2021年9月27日 | 埋め込み, 全て

eMMC、UFS、NVMe BGA SSD の概要

1990 年代の分厚いレンガサイズの電話から、美しいタッチスクリーンとギガビットインターネット接続を備えたスリムなハンドヘルドコンピューターに至るまで、スマートフォンの進化は、電子サブシステムの広範な統合の結果です。

ここでは、これまでで最も堅牢で機能満載の消費者向けスマートフォンやタブレットへの道を切り開いてきた、モバイルデバイス用のフラッシュメモリストレージの進化について説明します。

モバイルストレージを一言で言うと

モバイルデバイスの NAND フラッシュストレージサブシステムは、複数のメモリチップと NAND フラッシュコントローラチップで構成され、11.5 mm x 13 mm の単一の BGA IC 内にパッケージ化されています。 BGA パッケージは濃い色のグラファイトの長方形で、ほとんどの人が「チップ」と考えています。実際には、チップは BGA パッケージ内の小さな要素です。

業界にとって最も重要なパフォーマンス要素は、データ転送速度と消費電力です。特にハイエンドのスマートフォンでは、バッテリー寿命を最適化するために、非常に限られた電力バジェットで競争力のある速度を提供する必要があるため、これらのバランスを注意深く調整する必要があります。

リアルタイム情報に対する消費者の需要の高まりとモバイルゲームの人気により、これらのデバイスの進化を促す継続的な圧力が生じています。

それがモバイルフラッシュストレージ業界にどのように反映されているかを視覚化するために、以下の画像と表は最も重要なモバイルストレージテクノロジーを示し、その機能と長年にわたる普及を強調しています。

モバイルデバイスストレージ用の組み込みマルチメディアカード (eMMC)

eMMC は、モバイルデバイスで使用するために設計されたストレージコンポーネントです。通常のデスクトップ SSD や回転ディスクよりも消費電力が大幅に少なくなります。また、デスクトップドライブよりも大幅に小さいです。

現在では多少時代遅れになっていますが、 eMMC これらは、バリューセグメントのラップトップ、スマート TV、IoT デバイス、ウェアラブルなど、低コストと複雑さの軽減を優先するローエンドの電話機やその他のデバイスに引き続き存在します。

産業および自動車セグメントも、eMMC の成熟度と、安定した長期的なサプライチェーンパートナーという見せかけから恩恵を受けています。実際、デビューから 11 年が経過した 2021 年現在でも、ファイソンは一部の自動車顧客に年間数百万台の PS8200 ユニットを出荷しています。

UFS: モバイルデバイス用のNANDフラッシュストレージのゴールドスタンダード

2000 年代半ばまでに、eMMC インターフェイスとプロトコルには老朽化の兆候が見られ始めました。半二重インターフェイスは、読み取り操作と書き込み操作を同時に実行できないことを意味します。 eMMC を妨げている主な原因は、パラレルデータバスの使用でした。この時点までに、他のほとんどのストレージプロトコルはシリアルデータバステクノロジに移行していました。 eMMC を最新化し、下位互換性を維持するには、まったく新しい標準を定義するよりも多くの労力が必要です。

ユニバーサルフラッシュストレージ (UFS) 2.1 が 2010 年に登場し、最終的に 2016 年頃にハイエンドスマートフォンで注目を集めるようになったのはそのためです。UFS 2.1 は、より堅牢で効率的な最新の物理シリアルインターフェイスを備え、eMMC に比べてパフォーマンスが大幅に向上しました。同様の消費電力を維持しながら、プロトコルを強化します。

これは、双方向のデータフローを同時にサポートする全二重シリアル接続を備えた最初のモバイルストレージ規格です。さらに、UFS は各方向に最大 2 つのレーン (接続) をサポートするため、1 つのレーンを使用するシステムと比較してデータスループットが 2 倍になります。たとえば、当時ほとんどのデスクトップやラップトップで使用され、現在でも人気のある主流の SATA III SSD の 2 倍の速度があります。

UFS の登場により、モバイルデバイスはついに市場のほとんどの消費者向け PC と同等 (またはそれ以上) のストレージパフォーマンスの恩恵を受けることができるようになりました。 2 年後の 2018 年、モバイルゲームの人気の高まりと WiFi6 + 5G 規格の緊急事態が相まって、携帯電話のさらなるパフォーマンスに対する需要の波が再び起こりました。

これに対するストレージ業界の対応は、消費電力のわずかな増加のみで帯域幅を 2 倍にする UFS 3.0 でした。フラッグシップアプリケーションは UFS 3.1 に重点を置いていますが、主流のモバイルデバイス (スマートフォン、VR/AR、タブレット、Chromebook) は UFS 2.2 を使用しています。

UFS 3.1 は、モバイルデバイスで前例のないストレージパフォーマンスを実現し、PCIe NVMe SSD と同様の帯域幅を実現できます。進化はそこで止まらず、消費者は近い将来のパフォーマンスの向上を期待し続けています。

そこで NVMe BGA SSD が最適になる可能性があります。

NVMe BGA SSD

BGA SSD は、Non-Volatile Memory Express (NVMe) プロトコルを使用して、PCIe インターフェイス経由でデータアクセスを提供します。 PCIe バスは最も人気のあるインターフェイスの 1 つで、ほぼすべての PC および ARM プラットフォームに搭載されています。 BGA SSD は、UFS と同じパッケージサイズ (11.5 x 13 mm) を共有し、2 つの PCI レーンを備えた完全な NVMe SSD を内部に詰め込みます。

Phison の最新の BGA SSD は、第 4 世代 x2 構成の E21T コントローラーに基づいており、最大 3.5GB/秒のパフォーマンスを実現します。これは、市場で最速の UFS 3.1 の 1.5 倍のパフォーマンスです。

PCIe の反復は常に少なくとも 1 世代先を行っています。次の UFS (最大 4.5GB/秒) が現在の PCIe Gen4x2 帯域幅を超えるまでに、PCIe はおそらく再び基準を引き上げるでしょう。
第 5 世代×2 (最大 7GB/秒)。

モバイルデバイスエコシステムでは非常に緊密に統合されているため、別の標準を採用する際の最大の課題は、互換性のあるホストプラットフォーム (電話機の CPU) の存在です。 Phison はモバイルストレージ向けのこのソリューションの可能性を信じており、すでに NVMe BGA SSD 部品の量産を開始しています。最新の UFS デバイスと同様のコストと電力効率を備えています。

興味深いことに、一部のローエンドプラットフォームは eMMC の廃止を推進しており、NVMe BGA のローエンドセグメントへの関心が高まっています。 Phison も、NVMe SSD の Lite バージョンでこの領域の探索を開始しました。低消費電力と競争力のあるコストに重点を置き、より小さいメモリ密度を提供するように設計されています。ローエンドのモバイル市場に最適です。

Phison はモバイルデバイス用ストレージのリーダーです

Phison はモバイルストレージ業界のリーダーであり、この市場に幅広いソリューションを提供しています。それ以前、2021 年に Phison が BlackShark と提携（XiaoMi グループの企業）は、スマートフォンに初の BGA NVMe SSD を提供します。また、スマートフォンが UFS 3.1 より大幅に高速なストレージサブシステムを搭載したのはこれが初めてでした。

私たちの強みは次のとおりです。

- - 柔軟なビジネスモデル – 当社は、顧客のニーズに迅速に適応できるビジネスモデルに基づいて運営しています。
  - 専門知識 – 当社は広範なノウハウと、垂直統合を通じて市場投入までの時間を短縮する社内 IP を開発する能力を持っています。
  - 研究開発 – 当社は、最先端のテクノロジーとの競争力を維持しながら、より多くのプロジェクトを並行して実行するために、研究開発に多額の投資を行っています。
  - ビジョン – 私たちのビジョンと計画されたリスクテイク戦略により、新しく革新的なテクノロジーを探索することができます。

これらの強みにより、当社は競合他社よりも先に市場に参入することができ、新しいテクノロジーが広く採用される際に大幅に有利なスタートを切ることができます。競合他社が最初の製品をリリースするまでに、Phison はすでに 2 回目または 3 回目のバージョンに移行しています。

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