모바일 NAND 플래시 메모리 스토리지의 진화

작가 필리페 리오스 | 2021년 9월 27일 | 임베디드, 모두

eMMC, UFS 및 NVMe BGA SSD 소개

1990년대의 두툼하고 벽돌 크기의 전화기에서 아름다운 터치스크린과 기가비트 인터넷 연결을 갖춘 슬림한 핸드헬드 컴퓨터에 이르기까지 스마트폰의 진화는 전자 하위 시스템의 광범위한 통합의 결과입니다.

여기서는 현재까지 가장 강력하고 기능이 풍부한 소비자 스마트폰 및 태블릿을 위한 길을 닦은 모바일 장치용 플래시 메모리 스토리지의 진화에 대해 논의합니다.

간단히 말해서 모바일 스토리지

모바일 장치의 NAND 플래시 스토리지 하위 시스템은 11.5mm x 13mm 크기의 단일 BGA IC 내부에 패키징된 여러 개의 메모리 칩과 NAND 플래시 컨트롤러 칩으로 구성됩니다. BGA 패키지는 대부분의 사람들이 "칩"으로 생각하는 어두운 흑연 직사각형입니다. 실제로 칩은 BGA 패키지 내부의 작은 요소입니다.

업계에서 가장 중요한 성능 요소는 데이터 전송 속도와 전력 소비입니다. 배터리 수명을 최적화하기 위해 매우 제한된 전력 예산으로 경쟁력 있는 속도를 제공해야 하므로 특히 고급형 스마트폰에서 균형을 잘 맞춰야 합니다.

실시간 정보에 대한 소비자 수요의 증가와 모바일 게임의 인기는 이러한 장치의 진화를 주도해야 한다는 지속적인 압력을 생성합니다.

그것이 모바일 플래시 스토리지 산업에 어떻게 반영되는지 시각화하는 데 도움이 되도록 아래 이미지와 표는 가장 중요한 모바일 스토리지 기술을 보여주고 수년 동안의 기능과 보급을 강조합니다.

모바일 장치 저장을 위한 임베디드 멀티미디어 카드(eMMC)

eMMC는 모바일 장치에서 사용하도록 설계된 스토리지 구성 요소입니다. 일반 데스크탑 SSD 또는 회전 디스크보다 훨씬 적은 전력을 소비합니다. 또한 데스크톱 드라이브보다 훨씬 작습니다.

오늘날 다소 구식이지만, eMMC 가치 부문 노트북, 스마트 TV, IoT 장치 및 웨어러블과 같이 저비용 및 덜 복잡한 것을 우선시하는 저가형 전화기 또는 기타 장치에 남아 있습니다.

산업 및 자동차 부문은 또한 eMMC의 성숙도와 안정적이고 장기적인 공급망 파트너인 척하는 이점을 누리고 있습니다. 실제로 Phison은 데뷔 11년이 지난 2021년에도 여전히 일부 자동차 고객에게 연간 수백만 대의 PS8200 장치를 배송하고 있습니다.

UFS: 모바일 장치용 NAND 플래시 스토리지의 표준

2000년대 중반까지 eMMC 인터페이스와 프로토콜은 노후화되기 시작했습니다. 반이중 인터페이스는 읽기 및 쓰기 작업을 동시에 수행할 수 없음을 의미했습니다. eMMC를 방해하는 주범은 병렬 데이터 버스의 사용이었습니다. 이 시점에서 대부분의 다른 스토리지 프로토콜은 직렬 데이터 버스 기술로 전환되었습니다. eMMC를 현대화하고 이전 버전과의 호환성을 유지하려면 완전히 새로운 표준을 정의하는 것보다 더 많은 노력이 필요했을 것입니다.

그렇기 때문에 UFS(Universal Flash Storage) 2.1은 2010년에 등장했고 결국 2016년경 고급형 스마트폰에서 인기를 끌었습니다. UFS는 eMMC에 비해 엄청난 성능 향상을 제공하고 현대적인 물리적 직렬 인터페이스를 자랑하며 더 견고하고 효율적입니다. 유사한 전력 소비를 유지하면서 프로토콜.

동시에 양방향으로 데이터 흐름을 지원하는 전이중 직렬 연결을 특징으로 하는 최초의 모바일 스토리지 표준이었습니다. 또한 UFS는 각 방향에서 최대 2개의 레인(연결)을 지원하므로 하나의 레인을 사용하는 시스템에 비해 데이터 처리량이 두 배로 늘어납니다. 예를 들어 당시 대부분의 데스크탑과 노트북에서 사용되었던 주류 SATA III SSD보다 2배 빠르며 오늘날에도 여전히 인기가 있습니다.

UFS의 등장으로 모바일 장치는 마침내 시장에 있는 대부분의 소비자 PC에 필적하는(또는 더 우수한) 스토리지 성능의 이점을 누릴 수 있게 되었습니다. 2년 후인 2018년에는 WiFi6 + 5G 표준의 긴급 상황과 결합된 모바일 게임의 인기 증가로 인해 휴대폰에서 훨씬 더 높은 성능에 대한 수요가 또 한 번 발생했습니다.

이에 대한 스토리지 업계의 반응은 UFS 3.0으로, 전력 소비는 약간만 증가시키면서 대역폭을 두 배로 늘렸습니다. 주력 애플리케이션은 UFS 3.1에 초점을 맞추는 반면 주류 모바일 장치(스마트폰, VR/AR, 태블릿, 크롬북)는 UFS 2.2를 사용합니다.

UFS 3.1은 모바일 장치에서 전례 없는 스토리지 성능을 가능하게 했으며 PCIe NVMe SSD와 유사한 대역폭을 달성할 수 있습니다. 진화는 여기서 멈추지 않으며 소비자는 가까운 장래에 성능 향상을 계속 기대합니다.

바로 여기에 NVMe BGA SSD가 가장 적합할 수 있습니다.

NVMe BGA SSD

BGA SSD는 NVMe(Non-Volatile Memory Express) 프로토콜을 사용하여 PCIe 인터페이스를 통한 데이터 액세스를 제공합니다. PCIe 버스는 가장 널리 사용되는 인터페이스 중 하나이며 거의 모든 PC 및 ARM 플랫폼에서 찾을 수 있습니다. BGA SSD는 UFS(11.5 x 13mm)와 동일한 패키지 크기를 공유하며 내부에 2개의 PCI 레인이 있는 완전한 NVMe SSD를 포장합니다.

Phison의 최신 BGA SSD는 Gen 4 x2 구성의 E21T 컨트롤러를 기반으로 하며 최대 3.5GB/s의 성능을 제공합니다. 이것은 시장에서 가장 빠른 UFS 3.1의 1.5배 성능입니다.

PCIe 반복은 지속적으로 적어도 한 세대 앞서 있습니다. 다음 UFS(최대 4.5GB/s)가 현재 PCIe Gen4x2 대역폭을 능가할 때까지 PCIe는
Gen 5×2(최대 7GB/s).

모바일 장치 생태계의 매우 긴밀한 통합을 감안할 때 다른 표준을 채택하는 데 있어 가장 큰 문제는 호환되는 호스트 플랫폼(예: 전화 CPU)의 존재입니다. Phison은 모바일 스토리지를 위한 이 솔루션의 잠재력을 믿으며 이미 NVMe BGA SSD 부품 대량 생산을 시작했습니다. 최신 UFS 장치와 비슷한 비용 및 전력 효율성을 제공합니다.

흥미롭게도 일부 로우엔드 플랫폼이 eMMC의 폐기를 추진하고 있어 NVMe BGA의 로우엔드 부문에 대한 관심이 높아지고 있습니다. Phison은 또한 NVMe SSD의 라이트 버전으로 이 영역을 탐색하기 시작했습니다. 낮은 전력 소비와 경쟁력 있는 비용에 중점을 두고 더 작은 메모리 밀도를 제공하도록 설계되었습니다. 저가형 모바일 시장에 이상적입니다.

Phison은 모바일 장치용 스토리지의 선두 주자입니다.

Phison은 모바일 스토리지 업계의 리더이며 이 시장에서 광범위한 솔루션을 제공합니다. 앞서 2021년 Phison은 BlackShark와 파트너 관계를 맺었습니다. (XiaoMi 그룹의 회사) 첫 번째 BGA NVMe SSD를 스마트폰에 제공합니다. 또한 UFS 3.1보다 훨씬 빠른 스토리지 하위 시스템을 갖춘 최초의 스마트폰이었습니다.

우리의 강점은 다음과 같습니다.

- - 유연한 비즈니스 모델 – 우리는 고객의 요구에 신속하게 적응할 수 있는 비즈니스 모델을 운영합니다.
  - 전문적 지식 – 수직 통합을 통해 시장 출시 시간을 단축하는 자체 IP를 개발할 수 있는 광범위한 노하우와 능력을 보유하고 있습니다.
  - 연구개발 – 최첨단 기술로 경쟁력을 유지하면서 동시에 더 많은 프로젝트를 실행하기 위해 R&D에 많은 투자를 합니다.
  - 비전 – 우리의 비전과 계획된 위험 감수 전략을 통해 새롭고 혁신적인 기술을 탐색할 수 있습니다.

이러한 강점을 통해 우리는 경쟁보다 먼저 시장에 진출할 수 있으므로 신기술이 널리 채택될 때 상당한 유리한 출발을 할 수 있습니다. 경쟁사가 첫 번째 제품을 출시할 때까지 Phison은 이미 두 번째 또는 세 번째 반복으로 이동했습니다.

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