移动 NAND 闪存存储的演变

作者菲利佩·里奥斯 | 2021 年 9 月 27 日 | 嵌入式, 全部

eMMC、UFS 和 NVMe BGA SSD 简介

从 20 世纪 90 年代厚重的砖块大小手机到具有精美触摸屏和千兆互联网连接的纤薄手持电脑，智能手机的发展是其电子子系统广泛集成的结果。

在这里，我们将讨论移动设备闪存存储的发展，这些发展为迄今为止最强大、功能最丰富的消费类智能手机和平板电脑铺平了道路。

移动存储简而言之

移动设备的 NAND 闪存存储子系统由多个存储芯片和 NAND 闪存控制器芯片组成，封装在单个尺寸为 11.5mm x 13mm 的 BGA IC 内。 BGA 封装是深色石墨矩形，大多数人将其视为“芯片”。实际上，芯片是 BGA 封装内的微小元件。

对于行业来说最重要的性能因素是数据传输速度和功耗。这些必须仔细平衡，特别是在高端智能手机中，因为它们必须以非常有限的功率预算提供有竞争力的速度，以优化电池寿命。

消费者对实时信息的需求的增长和移动游戏的流行为推动这些设备的发展带来了持续的压力。

为了帮助直观地了解这对移动闪存存储行业的影响，下面的图像和表格说明了最重要的移动存储技术，突出了它们的功能和多年来的流行程度。

用于移动设备存储的嵌入式多媒体卡 (eMMC)

eMMC 是一种设计用于移动设备的存储组件。与普通桌面 SSD 或旋转磁盘相比，它的功耗显着降低。它也比台式机驱动器小得多。

虽然今天有些过时了， eMMC 仍然存在于低端手机或其他优先考虑低成本和低复杂性的设备中，例如高价值笔记本电脑、智能电视、物联网设备和可穿戴设备。

工业和汽车领域也受益于 eMMC 的成熟以及稳定、长期的供应链合作伙伴的假装。事实上，即使是在 2021 年，距离推出 11 年之后，群联每年仍向一些汽车客户出货数百万台 PS8200。

UFS：移动设备 NAND 闪存存储的黄金标准

到 2000 年代中期，eMMC 接口和协议开始显示出过时的迹象。半双工接口意味着它不能同时执行读取和写入操作。阻碍 eMMC 发展的罪魁祸首是其并行数据总线的使用。此时，大多数其他存储协议已转向串行数据总线技术。实现 eMMC 现代化并保持向后兼容性需要比定义全新标准更多的努力。

这就是为什么通用闪存存储 (UFS) 2.1 于 2010 年问世，并最终在 2016 年左右在高端智能手机上大放异彩。它的性能比 eMMC 有了巨大提升，采用现代物理串行接口，更加强大和高效协议，同时保持相似的功耗。

它是第一个具有全双工串行连接的移动存储标准，支持同时双向数据流。此外，UFS 在每个方向支持最多两个通道（连接），与使用一个通道的系统相比，数据吞吐量增加了一倍。例如，它的速度是主流 SATA III SSD 的两倍，当时用于大多数台式机和笔记本电脑，并且至今仍然很流行。

随着 UFS 的到来，移动设备最终可以受益于与市场上大多数消费类 PC 相当（或优于）的存储性能。两年后的2018年，手机游戏的普及加上WiFi6+5G标准的出现，带来了又一波对手机性能更高的需求。

存储行业对此的反应是 UFS 3.0，将带宽加倍，而功耗仅略有增加。旗舰应用程序侧重于 UFS 3.1，而主流移动设备（智能手机、VR/AR、平板电脑、Chromebook）则使用 UFS 2.2。

超高速文件系统 3.1 在移动设备中实现了前所未有的存储性能，并且可以实现与 PCIe NVMe SSD 类似的带宽。进化并不止于此，消费者继续期望在不久的将来性能得到改进。

这就是 NVMe BGA SSD 可能最适合的地方。

NVMe BGA 固态硬盘

BGA SSD 使用非易失性内存 Express (NVMe) 协议通过 PCIe 接口提供数据访问。 PCIe 总线是最流行的接口之一，几乎可以在所有 PC 和 ARM 平台上找到。 BGA SSD 与 UFS 具有相同的封装尺寸（11.5 x 13mm），并在其中包含一个完整的 NVMe SSD 和 2 个 PCI 通道。

群联最新的 BGA SSD 基于 Gen 4 x2 配置的 E21T 控制器，可提供高达 3.5GB/s 的性能。这是市场上最快的 UFS 3.1 性能的 1.5 倍。

PCIe 迭代始终至少领先一代。到下一个 UFS（高达 4.5GB/s）超过当前 PCIe Gen4x2 带宽时，PCIe 很可能会再次提高标准
Gen 5×2（高达 7GB/s）。

鉴于移动设备生态系统中的集成非常紧密，采用不同标准的最大挑战是存在兼容的主机平台（即：手机CPU）。群联相信该解决方案在移动存储领域的潜力，并已开始批量生产 NVMe BGA SSD 部件。它们具有与最新 UFS 设备类似的成本和功效。

有趣的是，一些低端平台正在推动 eMMC 退役，从而激发了人们对 NVMe BGA 低端市场的兴趣。群联电子 (Phison) 也开始探索这一领域，推出了 Lite 版本的 NVMe SSD。它旨在提供更小的内存密度，重点关注低功耗和有竞争力的成本。非常适合低端移动市场。

群联电子 (Phison) 是移动设备存储领域的领导者

群联电子是移动存储行业的领导者，在该市场提供广泛的解决方案。早些时候，2021年群联电子与黑鲨合作（小米集团旗下公司）推出智能手机中第一个 BGA NVMe SSD。这也是智能手机首次配备比 UFS 3.1 快得多的存储子系统。

我们的优势包括：

- - 灵活的商业模式 – 我们的业务模式使我们能够快速适应客户的需求。
  - 专业知识 – 我们拥有丰富的专业知识和开发内部知识产权的能力，可以通过垂直整合缩短上市时间。
  - 研发 – 我们在研发方面进行了大量投资，以并行运行更多项目，同时保持尖端技术的竞争力。
  - 想象 – 我们的愿景和计划的风险承担策略使我们能够探索新的创新技术。

这些优势使我们能够在竞争之前进入市场，在新技术得到广泛采用时使我们取得显着的领先优势。当竞争对手发布第一个产品时，群联已经转向第二或第三次迭代。

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