移動 NAND 閃存存儲的演變

作者菲利佩·里奧斯 | 2021 年 9 月 27 日 | 嵌入式, 全部

eMMC、UFS 和 NVMe BGA SSD 簡介

從 20 世紀 90 年代厚重的磚塊大小手機到具有精美觸摸屏和千兆互聯網連接的纖薄手持電腦，智能手機的發展是其電子子系統廣泛集成的結果。

在這裡，我們將討論移動設備閃存存儲的發展，這些發展為迄今為止最強大、功能最豐富的消費類智能手機和平板電腦鋪平了道路。

移動存儲簡而言之

移動設備的 NAND 閃存存儲子系統由多個存儲芯片和 NAND 閃存控制器芯片組成，封裝在單個尺寸為 11.5mm x 13mm 的 BGA IC 內。 BGA 封裝是深色石墨矩形，大多數人將其視為“芯片”。實際上，芯片是 BGA 封裝內的微小元件。

對於行業來說最重要的性能因素是數據傳輸速度和功耗。這些必須仔細平衡，特別是在高端智能手機中，因為它們必須以非常有限的功率預算提供有競爭力的速度，以優化電池壽命。

消費者對實時信息的需求的增長和移動遊戲的流行為推動這些設備的發展帶來了持續的壓力。

為了幫助直觀地了解這對移動閃存存儲行業的影響，下面的圖像和表格說明了最重要的移動存儲技術，突出了它們的功能和多年來的流行程度。

用於移動設備存儲的嵌入式多媒體卡 (eMMC)

eMMC 是一種設計用於移動設備的存儲組件。與普通桌面 SSD 或旋轉磁盤相比，它的功耗顯著降低。它也比台式機驅動器小得多。

雖然今天有些過時了， eMMC 仍然存在於低端手機或其他優先考慮低成本和低複雜性的設備中，例如高價值筆記本電腦、智能電視、物聯網設備和可穿戴設備。

工業和汽車領域也受益於 eMMC 的成熟以及穩定、長期的供應鏈合作夥伴的假裝。事實上，即使是在 2021 年，距離推出 11 年之後，群聯每年仍向一些汽車客戶出貨數百萬台 PS8200。

UFS：移動設備 NAND 閃存存儲的黃金標準

到 2000 年代中期，eMMC 接口和協議開始顯示出過時的跡象。半雙工接口意味著它不能同時執行讀取和寫入操作。阻礙 eMMC 發展的罪魁禍首是其並行數據總線的使用。此時，大多數其他存儲協議已轉向串行數據總線技術。實現 eMMC 現代化並保持向後兼容性需要比定義全新標準更多的努力。

這就是為什麼通用閃存存儲(UFS) 2.1 於2010 年問世，並最終在2016 年左右在高端智能手機上大放異彩。它的性能比eMMC 有了巨大提升，採用現代物理串行接口，更加強大和高效協議，同時保持相似的功耗。

它是第一個具有全雙工串行連接的移動存儲標準，支持同時雙向數據流。此外，UFS 在每個方向支持最多兩個通道（連接），與使用一個通道的系統相比，數據吞吐量增加了一倍。例如，它的速度是主流 SATA III SSD 的兩倍，當時用於大多數台式機和筆記本電腦，並且至今仍然很流行。

隨著 UFS 的到來，移動設備最終可以受益於與市場上大多數消費類 PC 相當（或優於）的存儲性能。兩年後的2018年，手機遊戲的普及加上WiFi6+5G標準的出現，帶來了又一波對手機性能更高的需求。

存儲行業對此的反應是 UFS 3.0，將帶寬加倍，而功耗僅略有增加。旗艦應用程序側重於 UFS 3.1，而主流移動設備（智能手機、VR/AR、平板電腦、Chromebook）則使用 UFS 2.2。

超高速文件系統 3.1 在移動設備中實現了前所未有的存儲性能，並且可以實現與 PCIe NVMe SSD 類似的帶寬。進化並不止於此，消費者繼續期望在不久的將來性能得到改進。

這就是 NVMe BGA SSD 可能最適合的地方。

NVMe BGA 固態硬盤

BGA SSD 使用非易失性內存 Express (NVMe) 協議通過 PCIe 接口提供數據訪問。 PCIe 總線是最流行的接口之一，幾乎可以在所有 PC 和 ARM 平台上找到。 BGA SSD 與 UFS 具有相同的封裝尺寸（11.5 x 13mm），並在其中包含一個完整的 NVMe SSD 和 2 個 PCI 通道。

群聯最新的 BGA SSD 基於 Gen 4 x2 配置的 E21T 控制器，可提供高達 3.5GB/s 的性能。這是市場上最快的 UFS 3.1 性能的 1.5 倍。

PCIe 迭代始終至少領先一代。到下一個 UFS（高達 4.5GB/s）超過當前 PCIe Gen4x2 帶寬時，PCIe 很可能會再次提高標準
Gen 5×2（高達 7GB/s）。

鑑於移動設備生態系統中的集成非常緊密，採用不同標準的最大挑戰是存在兼容的主機平台（即：手機CPU）。群聯相信該解決方案在移動存儲領域的潛力，並已開始批量生產 NVMe BGA SSD 部件。它們具有與最新 UFS 設備類似的成本和功效。

有趣的是，一些低端平台正在推動 eMMC 退役，從而激發了人們對 NVMe BGA 低端市場的興趣。群聯電子 (Phison) 也開始探索這一領域，推出了 Lite 版本的 NVMe SSD。它旨在提供更小的內存密度，重點關注低功耗和有競爭力的成本。非常適合低端移動市場。

群聯電子 (Phison) 是移動設備存儲領域的領導者

群聯電子是移動存儲行業的領導者，在該市場提供廣泛的解決方案。早些時候，2021年群聯電子與黑鯊合作（小米集團旗下公司）推出智能手機中第一個 BGA NVMe SSD。這也是智能手機首次配備比 UFS 3.1 快得多的存儲子系統。

我們的優勢包括：

- - 靈活的商業模式 – 我們的業務模式使我們能夠快速適應客戶的需求。
  - 專業知識 – 我們擁有豐富的專業知識和開發內部知識產權的能力，可以通過垂直整合縮短上市時間。
  - 研發 – 我們在研發方面進行了大量投資，以並行運行更多項目，同時保持尖端技術的競爭力。
  - 想像 – 我們的願景和計劃的風險承擔策略使我們能夠探索新的創新技術。

這些優勢使我們能夠在競爭之前進入市場，在新技術得到廣泛採用時使我們取得顯著的領先優勢。當競爭對手發布第一個產品時，群聯已經轉向第二或第三次迭代。

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