모바일 장치의 PCIe NVMe BGA SSD

역사적으로 모바일 장치 세계에서 NAND 플래시 스토리지 하위 시스템은 항상 자체 계층에 있었습니다. 이것은 작은 단일 BGA 패키지 폼 팩터에 대한 요구 사항과 매우 낮은 전력 소비에 대한 요구에 의해 주도됩니다.

또 다른 이유는 모바일 시스템의 매우 긴밀한 통합 수준입니다. 호스트 플랫폼을 각 NAND 플래시 저장 장치와 페어링하는 광범위한 상호 운용성 및 검증 세션이 필요합니다.

더 빠르고 더 많은 기능을 갖춘 시스템에 대한 끊임없는 요구로 인해 모바일 장치와 메인스트림 PC의 성능 요구 사항 사이의 경계가 흐려지고 있습니다. 이로 인해 모바일 장치 기술의 다음 도약을 가능하게 할 수 있는 다른 솔루션을 탐색하기 시작해야 할 필요성이 커지고 있습니다.

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읽기: 모바일 NAND 플래시 메모리 스토리지의 진화

PCIe NVMe BGA SSD를 전화기에 장착하는 이유는 무엇입니까?

PCIe 버스는 매우 다재다능하며 요즘에는 모바일을 포함한 거의 모든 종류의 장치에서 CPU와 확장 보드, 네트워킹, 스토리지 및 주변 장치 간의 기본 상호 연결 형태입니다.

모바일 애플리케이션에서 PCIe는 일반적으로 CPU를 무선 모듈(WIFI, Bluetooth, 셀룰러 모뎀…)과 연결하는 데 사용됩니다. PCIe 하드웨어 인터페이스가 이미 CPU 개발, 테스트 및 인증 프로그램의 일부이기 때문에 저장 장치를 포함하도록 사용을 확장하는 것은 논리적인 선택입니다. 또한 동일한 회로를 복제, 검증 및 테스트(여러 PCIe 링크 추가)하는 것이 완전히 고유한 설계 요소(예: UFS에 필요한 회로)에 투자하는 것보다 훨씬 비용 효율적입니다.

모바일 BGA SSD용 드라이브에 실리콘 프로세스 노드와 NAND 플래시 컨트롤러 아키텍처의 최근 발전이 추가되었습니다. BGA SSD는 이제 전력/성능(와트/GBps) 관점에서 UFS와 경쟁할 수 있습니다. 더 깊이 파고들면 모바일 장치가 NVMe BGA SSD를 사용하지 않는 이유에 대해 질문해야 한다는 것이 분명해집니다.

진화의 속도

수년간의 공존을 통해 PCIe 및 UFS가 지원하는 릴리스 일정 및 데이터 처리량을 살펴보겠습니다. PCIe 사양은 UFS보다 최소 2세대 이전에 비슷한 데이터 처리량을 가능하게 했습니다. 차세대 휴대폰은 BGA NVMe SSD로 최대 3.5배 더 빠를 수 있습니다.

공격적인 접근 방식 또는 제품 성숙도?

새로운 UFS 사양이 발표되면 전체 모바일 업계는 다음 세대의 플래그십 모바일 장치를 따라잡기 위해 제품을 개발, 생산 및 검증하기 위해 서두르고 있습니다. 첫 번째 공급업체가 제품 샘플을 발행하기 시작하는 데는 일반적으로 1년 미만이 걸립니다.

PCIe에 대한 유사하게 공격적인 접근 방식을 고려하면 동일한 기간 내에 즉각적이고 극단적인 성능 향상을 가져올 수 있습니다. 마더보드 라우팅을 개선하는 데 도움이 되는 레인 감소(1레인)도 허용할 수 있으며, 작고 밀집된 시스템에서 중요한 PCB 영역을 덜 차지합니다. 이러한 변화가 2019년에 발생했다면 2021년에 UFS 3.1(2GB/s로 제한)과 직접 경쟁하는 1개 또는 2개의 레인(3.5 또는 7GB/s)이 있는 PCIe Gen5 NVMe BGA SSD를 가질 수 있었습니다.

흥미롭지는 않지만 똑같이 중요하지만 BGA SSD는 시장 출시 시간을 단축합니다. 휴대폰은 다양한 플랫폼에서 테스트, 대량 생산 및 채택된 구성 요소의 이점을 활용하기 때문입니다. 예를 들어, PCIe Gen3 x2-lanes(1.6GB/s) 사양은 UFS 2.1(1GB/s)보다 6년 일찍 출시되었고 Gen4 x2-lanes(3.5GB/s)는 UFS 3.0(2GB/s)보다 1년 일찍 출시되었습니다. 에스).

개발 및 생산 규모

NAND 플래시 컨트롤러 IC에는 일반적으로 IP 블록(지적 재산권 블록) 또는 IP라고 하는 다양한 기능 블록이 포함되어 있습니다.

동일한 인터페이스를 공유하지만 서로 다른 성능 계층용으로 설계된 두 개의 플래시 컨트롤러는 호스트 인터페이스(PCIe, UFS) 및 NAND 플래시 I/O의 고속 아날로그 회로를 포함하여 IP를 공유할 수 있습니다.

BGA SSD는 전체 PC 및 엔터프라이즈 에코시스템의 이점을 제공합니다. 예를 들어 PC용 보급형 DRAM 없는 NVMe M.2 SSD는 간단히 BGA SSD로 재포장할 수 있습니다. 두 SSD 모두 동일한 플래시 컨트롤러, 대부분의 펌웨어 및 기타 여러 개발 및 테스트 리소스를 공유합니다. 이를 통해 NVMe BGA SSD는 규모의 경제를 통해 제품 라인 비용을 절감하고 출시 시간을 훨씬 단축할 수 있습니다.

진입 장벽

모바일 장치의 긴밀한 통합 수준으로 인해 호환성 문제가 전혀 없습니다. 호스트 CPU와 장치 제조업체 모두 AVL(승인된 공급업체 목록)에 나열된 모든 부품이 함께 철저하게 테스트되고 인증되었는지 확인하기 위해 상당한 노력을 기울입니다.

즉, 업계가 구성 요소를 상호 연결하기 위한 인터페이스에 정착하면 변경을 정당화할 강력한 이유가 있어야 합니다. PCIe는 모바일 스토리지 하위 시스템에 공식적으로 채택된 표준은 아니지만 이미 다른 하위 시스템을 연결하는 데 사용되고 있습니다. 이것은 스토리지를 PCIe로 마이그레이션하는 것을 크게 단순화합니다.

개척자와 기대

이전 기사에서 우리는 BlackShark(XiaoMi 그룹의 구성원)가 NVM BGA SSD를 주력 전화기에 처음으로 통합했다고 언급했습니다. 현재 전화 CPU는 NVMe에서 부팅할 수 없으므로 Phison NVMe BGA SSD(Phison E13T BGA SSD)이 RAID 0 구성에서 UFS 3.1 장치와 페어링되었습니다. 이를 통해 스토리지 하위 시스템은 거의 3GB/s의 대역폭.

BlackShark와 함께 작업하는 동안 Phison은 광범위한 다른 Phison NVMe SSD를 테스트하여 설계 재사용 및 훨씬 더 큰 대역폭의 가능성을 입증할 수 있었습니다. Phison은 Gen4x2 BGA SSD 2022년 상반기.

Phison은 휴대폰 애플리케이션에서 BGA SSD를 지원하기 위해 최선을 다하고 있으며 미래의 가능성에 대해 기대하고 있습니다.