Что такое флэш-память в телефоне

Обновлено: 23.11.2024

Как мы знаем, память является очень важным компонентом мобильного телефона. Мы можем разделить память на две основные части, а именно. память только для чтения и память для чтения-записи. Существует третий тип, называемый гибридной памятью.

Память используется для хранения данных в различных формах, таких как аудио, видео, текст и т. д., для различных целей. EPROM, PROM и MASKED предназначены только для чтения. DRAM, SRAM и SDRAM предназначены для чтения и записи памяти. NVRAM, FLASH и EEPROM являются наиболее широко используемыми гибридными запоминающими устройствами в бытовых электронных устройствах. Основные типы флэш-памяти — NOR и NAND.

НЕ Флэш-память

Ниже приведены характеристики или атрибуты флэш-памяти NOR.

• Емкость: 1–32 МБ.
• Производительность: очень медленное стирание (около 5 секунд), медленная запись, быстрое чтение. >• Срок службы: Менее 10 % срока службы NAND
• Интерфейс: Интерфейс полной памяти
• Метод доступа: Произвольный
• Простота использования (аппаратное обеспечение): Простой
• Полная системная интеграция: простота
• Идеальное использование: емкость хранилища кода ограничена из-за высокой емкости. Также может сохранять ограниченные данные. Некоторыми примерами приложений являются бытовая техника, недорогие телевизионные приставки, недорогие мобильные телефоны и микросхемы BIOS для ПК

Флэш-память NAND

Ниже приведены характеристики или атрибуты флэш-памяти NAND.

• Емкость: от 16 МБ до 512 МБ.
• Производительность: Быстрое стирание: прибл. 3 мс, быстрая запись, быстрое чтение
• Надежность: низкая
• Циклы стирания: от 100 000 до 1 000 000
• Срок службы: более чем в 10 раз больше, чем NOR
• Интерфейс: ввод-вывод только сигналы CLE, ALE и OLE должны быть переключены.
• Метод доступа: последовательный
• Простота использования (аппаратное обеспечение): сложно
• Полная системная интеграция: сложно, и можно портировать упрощенный драйвер SSFDC.
• Идеальное использование: только хранение данных из-за сложного управления флэш-памятью. Код обычно не хранится в необработанной флэш-памяти NAND. Некоторыми примерами приложений являются карты PC Card, Compact Flash, MP3-плееры, цифровые камеры.

От громоздких телефонов размером с кирпич в 1990 годах до тонких портативных компьютеров с красивыми сенсорными экранами и гигабитным подключением к Интернету — эволюция смартфонов стала результатом обширной интеграции их электронных подсистем.

Здесь мы обсудим эволюцию флэш-памяти для мобильных устройств, которая на сегодняшний день проложила путь для создания самых надежных и многофункциональных потребительских смартфонов и планшетов.

Кратко о мобильном хранилище

Подсистема флэш-памяти NAND мобильных устройств состоит из нескольких микросхем памяти и микросхемы контроллера флэш-памяти NAND, упакованных в одну микросхему BGA размером 11,5 мм x 13 мм. Корпус BGA представляет собой темный графитовый прямоугольник, который большинство людей воспринимает как «микросхему». На самом деле микросхемы представляют собой крошечные элементы внутри корпуса BGA.

Наиболее важными факторами производительности в отрасли являются скорость передачи данных и энергопотребление. Они должны быть тщательно сбалансированы, особенно в смартфонах высокого класса, поскольку они должны обеспечивать конкурентоспособную скорость при очень ограниченном бюджете мощности, чтобы оптимизировать срок службы батареи.

Рост потребительского спроса на информацию в режиме реального времени и популярность мобильных игр создают постоянное давление, побуждающее к развитию этих устройств.

Чтобы наглядно представить, как это отражается на отрасли мобильных флэш-хранилищ, на изображении и в таблице ниже показаны наиболее важные технологии мобильных хранилищ с указанием их особенностей и распространенности на протяжении многих лет.

Встроенная мультимедийная карта (eMMC) для хранения данных на мобильном устройстве

eMMC – это компонент хранилища, предназначенный для использования в мобильных устройствах. Он потребляет значительно меньше энергии, чем обычные настольные твердотельные накопители или вращающиеся диски. Кроме того, он значительно меньше дисков для настольных ПК.

Несмотря на то, что сегодня eMMC несколько устарели, они по-прежнему используются в недорогих телефонах или других устройствах, в которых приоритет отдается низкой цене и меньшей сложности, таких как ноутбуки бюджетного сегмента, смарт-телевизоры, устройства IoT и носимые устройства.

Промышленный и автомобильный сегменты также выигрывают от зрелости eMMC и притворства стабильных, долгосрочных партнеров по цепочке поставок. Фактически, Phison по-прежнему поставляет несколько миллионов единиц PS8200 в год некоторым клиентам в автомобильной промышленности даже сейчас, в 2021 году, через 11 лет после дебюта.

UFS: золотой стандарт флэш-памяти NAND для мобильных устройств

К середине 2000-х интерфейс и протокол eMMC начали устареть.Полудуплексный интерфейс означал, что он не мог одновременно выполнять операции чтения и записи. Главным виновником, сдерживающим eMMC, было использование параллельной шины данных. К этому моменту большинство других протоколов хранения перешли на технологию последовательной шины данных. Модернизация eMMC и поддержание обратной совместимости потребовали бы больше усилий, чем определение совершенно нового стандарта.

Именно поэтому в 2010 году на сцену вышла технология Universal Flash Storage (UFS) 2.1, а в 2016 году она затмила всех на дорогих смартфонах. Она обеспечила значительный прирост производительности по сравнению с eMMC, а также современный физический последовательный интерфейс и многое другое. надежный и эффективный протокол при одинаковом энергопотреблении.

Это был первый стандарт мобильного хранилища с полнодуплексным последовательным соединением, поддерживающим одновременную передачу данных в обоих направлениях. Кроме того, UFS поддерживает до двух полос (соединений) в каждом направлении, что приводит к удвоению пропускной способности данных по сравнению с системами, использующими одну полосу. Например, он был в два раза быстрее обычных твердотельных накопителей SATA III, которые в то время использовались в большинстве настольных компьютеров и ноутбуков, и до сих пор популярны.

С появлением универсальной файловой системы хранения данных мобильные устройства наконец-то смогут получить преимущества от производительности хранения, сравнимой (или превосходящей) с большинством потребительских ПК на рынке. Два года спустя, в 2018 году, рост популярности мобильных игр в сочетании с появлением стандартов WiFi6 и 5G вызвал новую волну спроса на еще более высокую производительность мобильных телефонов.

Ответом индустрии хранения данных на это стала UFS 3.0, удвоившая пропускную способность при незначительном увеличении энергопотребления. Флагманские приложения ориентированы на UFS 3.1, а основные мобильные устройства (смартфоны, VR/AR, планшеты, Chromebook) используют UFS 2.2.

UFS 3.1 обеспечивает беспрецедентную производительность хранения данных на мобильных устройствах и может обеспечить такую ​​же пропускную способность, что и твердотельные накопители PCIe NVMe. Эволюция на этом не останавливается, и потребители продолжают ожидать повышения производительности в ближайшем будущем.

Именно здесь лучше всего подходят твердотельные накопители NVMe BGA.

Твердотельные накопители NVMe BGA

Твердотельные накопители BGA используют протокол энергонезависимой памяти Express (NVMe) для обеспечения доступа к данным через интерфейс PCIe. Шина PCIe — один из самых популярных интерфейсов, который можно найти практически на всех ПК и платформах ARM. Твердотельный накопитель BGA имеет тот же размер упаковки, что и UFS (11,5 x 13 мм), и содержит в себе полноценный твердотельный накопитель NVMe с двумя линиями PCI.

Новейший твердотельный накопитель BGA от Phison основан на контроллере E21T в конфигурациях Gen 4 x2 и обеспечивает производительность до 3,5 ГБ/с. Это в 1,5 раза больше, чем у самой быстрой UFS 3.1 на рынке.

Итерации PCIe постоянно опережают как минимум на одно поколение. К тому времени, когда следующая UFS (до 4,5 ГБ/с) превзойдет текущую пропускную способность PCIe Gen4x2, PCIe, скорее всего, снова поднимет планку с
Gen 5×2 (до 7 ГБ/с).

Учитывая очень тесную интеграцию в экосистему мобильных устройств, самой большой проблемой для принятия другого стандарта является наличие совместимых хост-платформ (например, процессора телефона). Phison верит в потенциал этого решения для мобильных хранилищ и уже начала массовое производство компонентов твердотельных накопителей NVMe BGA. Они имеют такую ​​же стоимость и энергоэффективность, как и самые последние устройства UFS.

Хотя интересно, что некоторые недорогие платформы настаивают на отказе от eMMC, что вызывает интерес к бюджетному сегменту NVMe BGA. Phison также начала осваивать эту территорию с облегченной версией своих твердотельных накопителей NVMe. Он предназначен для обеспечения меньшей плотности памяти с упором на низкое энергопотребление и конкурентоспособную стоимость. Идеально подходит для недорогих мобильных устройств.

Phison — лидер в области хранения данных для мобильных устройств

Phison является лидером в области мобильных систем хранения и предлагает широкий спектр решений на этом рынке. Ранее, в 2021 году, Phison заключила партнерское соглашение с BlackShark (компания из группы XiaoMi), чтобы поставить первый твердотельный накопитель BGA NVMe в смартфоне. Кроме того, это был первый раз, когда подсистема хранения данных на смартфоне работала значительно быстрее, чем UFS 3.1.

Наши сильные стороны включают:

      • Гибкая бизнес-модель. Мы работаем по бизнес-модели, которая позволяет нам быстро адаптироваться к потребностям клиентов.
      • Опыт. У нас есть обширные ноу-хау и возможность разрабатывать собственные ИС, которые сокращают время выхода на рынок за счет вертикальной интеграции.
      • Исследования и разработки. Мы вкладываем значительные средства в исследования и разработки, чтобы параллельно запускать больше проектов, сохраняя при этом конкурентоспособность благодаря передовым технологиям.
      • Видение. Наше видение и спланированная стратегия принятия рисков позволяют нам исследовать новые и инновационные технологии.

      Эти сильные стороны позволяют нам выходить на рынок раньше конкурентов, что дает нам значительное преимущество, когда новые технологии получают широкое распространение. К тому времени, когда конкуренты выпускают свой первый продукт, Phison уже перешла ко второй или третьей итерации.

      Если вам интересно узнать больше о других достижениях Phison в области флэш-накопителей для мобильных устройств, ознакомьтесь с другими публикациями на эту тему.

      Практически все современные устройства используют флэш-память — технологию хранения электронных данных, которая может сохранять информацию в течение длительного периода времени. Ваш смартфон, например, использует флэш-память в той или иной форме для хранения данных, и вполне вероятно, что большинство ноутбуков и компьютеров вокруг вас также используют ее. Однако не вся флэш-память одинакова — некоторые реализации намного превосходят другие. Итак, в этой статье давайте разберем технологию, принцип ее работы и различные термины, связанные с этой технологией, которые вы, возможно, слышали.

      Что такое флэш-память и почему она так популярна?

      Флэш-память – это тип энергонезависимой памяти. Бит энергонезависимости означает, что данные сохраняются даже при полном отключении питания устройства. Это резко контрастирует с оперативной памятью, типом энергозависимой памяти, которая теряет все свои данные при отключении питания или сбросе. Способность флэш-памяти хранить данные без источника питания, а также другие преимущества, которые мы обсудим, делают ее идеальной для использования в качестве носителя данных, и ее популярность только растет.

      Жесткие диски когда-то были доминирующим носителем информации для электронных устройств. Например, в iPod первого поколения использовался жесткий диск Toshiba емкостью 5 ГБ. Точно так же большинство ноутбуков и настольных компьютеров до начала 2010-х годов имели жесткие диски в качестве основного устройства хранения данных. Но большая часть производителей бытовой электроники в настоящее время отказалась от жестких дисков в пользу флэш-памяти, особенно в таких приложениях, как игры, требующие быстрого носителя данных.

      Жесткие диски имеют множество недостатков. Во-первых, их вращающиеся пластины делают их в основном механическими устройствами. Другими словами, они имеют несколько подверженных сбоям движущихся частей. Во-вторых, они не очень быстрые, так как магнитная стрелка должна физически достигать определенных частей вращающегося диска для чтения и записи данных.

      С другой стороны, флэш-память полностью электронная. Данные по-прежнему хранятся в цифровом виде в виде 1 и 0. Однако вместо использования магнетизма, как в жестких дисках, во флэш-памяти используются так называемые ячейки памяти, построенные из транзисторных затворов. Отсутствие движущихся частей дает устройствам хранения данных на основе флэш-памяти несколько преимуществ. Они часто имеют более длительный срок службы, занимают меньше места и работают значительно быстрее, чем жесткие диски. Конечно, у этой технологии есть несколько недостатков, но, если не считать стоимости, большинство из них практически не влияют на обычного пользователя.

      Термины, связанные с Flash, которые вы должны знать

      SATA. Появившийся в начале 2000-х годов термин SATA — это интерфейс связи между материнской платой компьютера и устройствами хранения данных, например жесткими дисками. Последняя наиболее популярная версия, SATA III, предлагает максимальную пропускную способность 600 МБ/с, что далеко от передовых технологий. Стандарт не обновлялся с 2009 года, но до сих пор широко используется.

      NVMe: NVMe или энергонезависимая память Express — это протокол связи для устройств хранения. В отличие от SATA, NVMe был разработан для устройств хранения с более высокой пропускной способностью, таких как твердотельные накопители. Поскольку твердотельные накопители NVMe имеют прямой путь к ЦП, они часто значительно быстрее, чем твердотельные накопители SATA. NVMe может развивать скорость до 3500 МБ/с, что в 6 раз быстрее, чем у SATA III.

      PCIe: PCIe означает экспресс-соединение между периферийными компонентами и обеспечивает магистраль связи для устройств NVMe. Производительность диска NVMe может варьироваться в зависимости от возможностей ЦП PCIe. Например, твердотельный накопитель PCIe Gen 4 NVMe может иметь более низкую скорость на старых компьютерах с возможностями только Gen 3. С другой стороны, более новые устройства, такие как PlayStation 5, требуют твердотельных накопителей PCIe Gen 4 NVMe выше определенного порога скорости для стабильного взаимодействия с пользователем.

      M.2: M.2 относится к физическому разъему, используемому для карт расширения. Слот обычно находится на материнских платах компьютеров и ноутбуков, но вы также можете увидеть его на других устройствах, таких как PlayStation 5 (зеленое поле на изображении выше). Разъем M.2 может быть электрически подключен для работы в режиме SATA или PCIe. Ноутбуки часто используют M.2 для карт расширения с высокой пропускной способностью, таких как карты Wi-Fi и твердотельные накопители.

      Как эта технология связана с твердотельными накопителями, UFS и eMMC?

      Устройства хранения данных, использующие флэш-память, бывают разных форм и размеров в зависимости от предполагаемого варианта использования. Например, основной загрузочный диск компьютера должен быть быстрее и надежнее, чем флэш-накопитель, который вы будете использовать только для хранения медиафайлов. Во всех твердотельных накопителях, чипах eMMC и SD-картах используется флэш-память, но конкретные реализации могут различаться.

      Твердотельные накопители (SSD) обычно содержат больше, чем просто флэш-память — многие из них также содержат кэш-память DRAM и контроллер памяти. Первый может ускорить чтение и запись, но бюджетные накопители, как правило, не включают его. Тем временем контроллер помогает системе взаимодействовать с хранящимися на диске данными. В некоторых случаях это также может помочь увеличить срок службы накопителя с помощью таких методов, как выравнивание износа и исправление ошибок.

      По сравнению с SD-картами и USB-накопителями все намного проще. Оба занимают гораздо меньшую площадь, чем твердотельные накопители, и, следовательно, также немного медленнее. Кроме того, твердотельные накопители обычно содержат несколько пакетов памяти для увеличения общей емкости. Меньшие SD-карты и USB-накопители не могут этого сделать, поскольку они должны втиснуться в меньший форм-фактор.

      Карты SD обычно обладают меньшей надежностью и скоростью, чем твердотельные накопители, несмотря на то, что в основе обоих лежит одна и та же технология.

      Наконец, вы, возможно, также слышали о микросхемах флэш-памяти eMMC и UFS для смартфонов, планшетов и ноутбуков. MMC означает встроенную карту MultiMediaCard, а UFS — сокращение от Universal Flash Storage. Вы обнаружите, что эти встроенные микросхемы припаяны непосредственно к материнской плате устройства.

      В настоящее время UFS начала заменять eMMC в качестве стандарта хранения данных для смартфонов. Первый значительно быстрее (до 2100 МБ/с против 250 МБ/с), поскольку он поддерживает одновременное чтение и запись — представьте UFS как многополосную магистраль с двусторонним движением, а eMMC — как дорогу с односторонним движением. Однако оба они значительно быстрее жестких дисков.

      Скорость хранения важнее для одних приложений, чем для других. Например, запись видео в высоком разрешении может превзойти большинство недорогих SD-карт. Точно так же игры и другие интенсивные рабочие нагрузки могут выиграть от более быстрого хранилища.

      Сегодня в большинстве высококлассных Android-смартфонов используется хранилище UFS 3.1. Однако вы также найдете некоторые бюджетные устройства, оснащенные более старой памятью UFS 2.1. Что касается eMMC, последняя версия 5.1 обычно используется на бюджетных устройствах Chromebook и планшетах с Windows, таких как Lenovo Duet 5.

      Твердотельный накопитель, жесткий диск или гибридный: какой диск вам подходит?

      Как работает флэш-память?

      Не вдаваясь слишком глубоко в специфику задействованной электроники, флэш-память хранит данные в ячейках памяти. Эти ячейки содержат транзисторы с плавающим затвором, которые могут улавливать электроны в течение длительного периода времени, но не навсегда. Эти ячейки имеют три операции: чтение, запись и стирание, в зависимости от того, где вы прикладываете напряжение. Для выполнения операции записи плавающий элемент в ячейке памяти либо заряжается, либо разряжается — первый обозначает логический 0, а разряженное состояние указывает на 1.

      Современные устройства хранения данных организуют ячейки памяти в виде страниц, что обеспечивает одновременный доступ к большим объемам данных, а не по ячейкам. Самый распространенный тип флэш-памяти, называемый NAND flash, содержит блоки по 32 или 64 страницы.

      Потребительское устройство, содержащее флэш-память NAND, например USB-накопитель или твердотельный накопитель, имеет миллионы ячеек памяти, расположенных стопкой по горизонтали, вертикали или в обоих измерениях. Последнее иногда называют 3D NAND. Как и следовало ожидать, устройство, требующее таких точных операций и плотности, дороже в производстве, чем традиционные жесткие диски.

      Однако производители придумали способы борьбы с высокой стоимостью флэш-памяти, наиболее распространенным из которых является использование многоуровневых ячеек. Вместо хранения одного 0 или 1, трехуровневые ячейки (TLC) и многоуровневые ячейки (MLC) могут хранить два, три или более битов. Хотя эта стратегия повышает плотность хранения и снижает производственные затраты, она также оказывает негативное влияние на скорость и долговечность. Тем не менее соотношение цены и качества означает, что сегодня в большинстве потребительских устройств хранения используется флэш-память на основе TLC или MLC вместо одноуровневых ячеек (SLC).

      Каковы ограничения технологии?

      В наши дни флэш-память стала стандартом для компактных электронных устройств, но эта технология далека от совершенства. Помимо высоких цен, о которых мы уже говорили, флэш-память может со временем страдать от деградации данных или битовой гнили. При хранении в обесточенном состоянии в течение нескольких лет ячейки памяти могут страдать от утечки электронов и, в конечном итоге, потери данных. Хотя жесткие диски также могут страдать от битовой гнили, они обычно служат немного дольше при отключении питания.

      Более серьезная проблема с флэш-накопителями — это ресурс записи или циклы программирования/стирания. В двух словах, это относится к количеству данных, которые вы можете записать до того, как ячейки памяти в конечном итоге изнашиваются. Вообще говоря, чем больше информации вы сжимаете в ячейку памяти (диски типа TLC и MLC), тем хуже выносливость.

      Производители устройств хранения обычно гарантируют срок службы накопителя до определенного момента использования, который указывается в TBW или общем количестве записанных байтов. Например, вариант твердотельного накопителя Samsung 860 Evo емкостью 1 ТБ имеет заявленную выносливость 600 ТБВт. Накопитель может по-прежнему работать за пределами своего номинального TBW — просто не ждите никаких гарантий от производителя. Диски с более высоким ресурсом обычно стоят дороже, особенно те, которые предназначены для корпоративного использования.

      Наконец, флэш-память по-прежнему не может конкурировать с жесткими дисками по емкости. Большинство потребительских твердотельных накопителей имеют максимальную емкость 2-4 ТБ, в то время как вы можете легко купить жесткие диски емкостью более 10 или даже 15 ТБ по той же цене. Это может измениться в какой-то момент в будущем, но на данный момент жесткие диски лучше всего подходят для архивирования больших объемов данных.

      Твердотельные накопители помогли поднять волну альтернатив портативным ПК, появившихся на рынке за последние несколько лет, и в 2011 году эта технология, скорее всего, станет более доступной и более производительной.

      Все основные планшеты, анонсированные или выпущенные в этом году, используют для хранения данных флэш-чипы вместо вращающегося жесткого диска (HDD). Все смартфоны также используют флэш-память NAND, как и многие нетбуки. Подобно тому, как эти типы устройств не вытеснят ПК с рынка в ближайшие пять лет, флэш-память не вытеснит жесткие диски в обозримом будущем. Но то, что происходит с флэш-накопителями, влияет на растущую долю цифровых инструментов, используемых для работы и развлечений.

      [ Узнайте, как управлять iPhone, Android, BlackBerry и другими смартфонами, из 20-страничного специального отчета InfoWorld Mobile Management Deep Dive в формате PDF. | Следите за ключевыми мобильными разработками и идеями с помощью блога Mobile Edge и информационного бюллетеня Mobilize. ]

      Переход от вращающихся дисков к флэш-чипам дает преимущества в трех областях, которые являются ключевыми для мобильных устройств: размер, энергопотребление и долговечность. Он также имеет тенденцию уменьшать нагрев, что делает вентиляторы менее необходимыми и сокращает время запуска устройства. Самый большой недостаток этой технологии — стоимость: по словам аналитика Forward Insights Грегори Вонга, гигабайт флэш-памяти стоит примерно в восемь раз больше, чем такой же объем на жестком диске.

      Это одна из причин, по которой iPad от Apple, который может стоить столько же, сколько некоторые ноутбуки с Windows, имеет маленькую встроенную память (по меркам ПК) — от 16 до 64 ГБ. Android-планшет Samsung Galaxy Tab поставляется с 16 ГБ или 32 ГБ памяти с портом для увеличения его емкости еще на 32 ГБ. Емкость самых больших жестких дисков увеличилась с 2 ТБ до 3 ТБ.

      Тем не менее, покупатели готовы платить за эти устройства больше за гигабайт, отчасти из-за изящного дизайна, относительно длительного времени работы от батареи и отсутствия длительных процессов запуска полноценных ПК. Они также получают хранилище, которое с меньшей вероятностью выйдет из строя в случае удара или падения устройства, поскольку в нем нет движущихся частей. Другим оправданием может быть то, что эти потребители планируют использовать свои новые устройства в качестве дополнения к ПК, на котором все еще находятся их основные хранилища данных.

      Хотя сами жесткие диски продолжают дешеветь в пересчете на гигабайт, грядущие достижения в области флэш-накопителей могут помочь устройствам пост-ПК отобрать больше у ПК, считают отраслевые аналитики.

      Во-первых, вспышка становится все более плотной. Следуя тем же принципам, которые работают во все более быстрых микропроцессорах, производители флэш-чипов продолжают использовать более жесткие производственные процессы. Например, в начале 2010 года Micron Technology начала коммерческие поставки флэш-чипов, изготовленных по 25-нанометровому техпроцессу, сказал Глен Хоук, вице-президент группы NAND Solutions Group компании. Не вдаваясь в подробности, Хоук сообщил, что Micron планирует поставлять чипы следующего поколения примерно через 18 месяцев после внедрения 25-нм техпроцесса.

      По словам Стива Вайнгера, директора по маркетингу флэш-технологий, Samsung Semiconductor использует техпроцесс ниже 30 нанометров и приближается к "двадцатке". "В этом году многое произойдет", – сказал он.

      Как и в случае с микропроцессорами, меньший размер означает не только более высокую скорость, но и меньшую стоимость при заданной производительности.В настоящее время твердотельные накопители Micron емкостью 64 ГБ продаются примерно по 130 долларов США, но примерно через 18 месяцев цены, вероятно, упадут примерно до 100 долларов США за вдвое больший твердотельный накопитель емкостью 128 ГБ, сказал Хоук.

      Но по мере того, как технология становится все более плотной, ею становится все труднее управлять. Флэш-память сохраняет данные, используя высоковольтный импульс для изменения заряда отдельных ячеек, и чем плотнее эти ячейки упакованы, тем труднее «записать» правильные заряды в нужные. Это более серьезная проблема для типа флэш-памяти, поставляемой в потребительских гаджетах и ​​клиентских устройствах, которая имеет несколько битов в одной ячейке. Существует ограничение на количество модификаций ячеек, поэтому емкость устройства хранения может со временем уменьшаться.

      Флэш-память в современных клиентских устройствах прослужит пять или более лет при типичной скорости записи потребителями, поставщиками и аналитиками. Это дольше, чем большинство людей хранят свои клиентские устройства, но задача состоит в том, чтобы сохранить этот срок службы по мере того, как компоненты становятся все более упакованными.

      "По мере того, как мы уменьшаем размеры кристаллов, вместе с ними обычно уменьшается и срок их службы", – говорит Вайнгер из Samsung. Однако есть способы сделать это без замедления работы флэш-памяти, – сказал он.

      До сих пор поставщики решали эту проблему с помощью более интеллектуального программного обеспечения в контроллерах флэш-памяти, которые управляют записью и чтением данных, — сказал Генри Бальтазар, аналитик The 451 Group. По его словам, более ранние контроллеры записывали одни и те же данные несколько раз, пока они не были записаны правильно, что ускорило упадок чипа. По словам Балтазара, в прошлом году поставщики контроллеров, такие как SandForce, разработали более эффективные контроллеры, которые правильно записывают данные с первого раза.

      В 2011 году поставщики начнут добавлять DSP (цифровые сигнальные процессоры) для повышения точности данных, записываемых во флэш-память, говорят Балтазар и другие.

      Это станет еще одним шагом помимо исправления допущенных ошибок, в первую очередь направленным на предотвращение проблем с записью данных, — сказал Хок из Micron. По его словам, настоящие DSP, которые до сих пор использовались для обработки голоса и других приложений, являются лишь одним из инструментов для обработки сигналов.

      "Сегодня мы занимаемся довольно легкими делами, как и большинство людей. Но очень скоро мы будем развертывать очень, очень продвинутые алгоритмы и методы обработки сигналов", – сказал Хоук. Он ожидает, что эти усовершенствования появятся в следующем поколении флэш-памяти компании, которое появится примерно через год.

      Согласно Samsung, интерфейсы между устройствами и флэш-накопителями также ускоряются. Продукты компании недавно расширились от интерфейсов SDR (одинарная скорость передачи данных), которые могут выполнять передачу со скоростью 40 Мбит/с (бит в секунду), до DDR (двойная скорость передачи данных) со скоростью до 133 Мбит/с, сказал Вайнгер. Следующим шагом будет переход на скорость 400 Мбит/с, что позволит пользователям получать доступ к своим данным еще быстрее.

      Последовательные поколения чипов также более энергоэффективны. По словам Вайнгера, Samsung ожидает, что напряжение ее флэш-памяти увеличится с 3,3 В до 1,8 В, что даст производителям систем возможность продлить срок службы аккумуляторов своих устройств.

      Все эти факторы должны привести к тому, что планшеты, смартфоны, нетбуки и другие устройства станут более привлекательными и менее дорогими или предложат больше по той же цене. Но это не обязательно означает, что пост-ПК устройства смогут лучше вытеснить ноутбуки, считают аналитики. Во-первых, некоторые ноутбуки уже поставляются с твердотельными накопителями. И хотя твердотельные накопители совершенствуются, жесткие диски также предлагают большую емкость за меньшие деньги.

      "Это движущаяся цель. Жесткие диски не лежат без дела", – сказал Балтасар.

      Однако аналитики говорят, что способ хранения данных пользователями меняется от хранения всех данных на одном компьютере к более распределенному подходу. По словам аналитика Роджера Кея из Endpoint Technologies Associates, большая часть данных может храниться на центральной платформе, например на домашнем или корпоративном сервере, небольшая часть — на портативном устройстве с флэш-памятью, а все большая — в облаке.

      "Если у вас есть много-много очень дешевого доступного онлайн-хранилища . тогда необходимость носить его с собой намного меньше", – сказал Кей. По словам Кея, учитывая другие варианты, объем хранилища более 100 ГБ, вероятно, подойдет для устройства, которое пользователь постоянно носит с собой.

      Таким образом, между стационарным хранилищем и облачным хранилищем могут быть возможности для различных устройств с меньшим объемом флэш-памяти, а не с большим жестким диском, стать компаньоном мобильного пользователя, считают аналитики.

      Но перейдут ли пользователи на пост-ПК устройства, на которых обычно отсутствуют полноценные файловые системы и некоторые другие функции, по меньшей мере в такой же степени будет зависеть от других факторов.

      От громоздких телефонов размером с кирпич в 1990 годах до тонких портативных компьютеров с красивыми сенсорными экранами и гигабитным подключением к Интернету — эволюция смартфонов стала результатом обширной интеграции их электронных подсистем.

      Здесь мы обсудим эволюцию флэш-памяти для мобильных устройств, которая на сегодняшний день проложила путь для создания самых надежных и многофункциональных потребительских смартфонов и планшетов.

      Кратко о мобильном хранилище

      Подсистема флэш-памяти NAND мобильных устройств состоит из нескольких микросхем памяти и микросхемы контроллера флэш-памяти NAND, упакованных в одну микросхему BGA размером 11,5 мм x 13 мм. Корпус BGA представляет собой темный графитовый прямоугольник, который большинство людей воспринимает как «микросхему». На самом деле микросхемы представляют собой крошечные элементы внутри корпуса BGA.

      Наиболее важными факторами производительности в отрасли являются скорость передачи данных и энергопотребление. Они должны быть тщательно сбалансированы, особенно в смартфонах высокого класса, поскольку они должны обеспечивать конкурентоспособную скорость при очень ограниченном бюджете мощности, чтобы оптимизировать срок службы батареи.

      Рост потребительского спроса на информацию в режиме реального времени и популярность мобильных игр создают постоянное давление, побуждающее к развитию этих устройств.

      Чтобы наглядно представить, как это отражается на отрасли мобильных флэш-хранилищ, на изображении и в таблице ниже показаны наиболее важные технологии мобильных хранилищ с указанием их особенностей и распространенности на протяжении многих лет.

      Встроенная мультимедийная карта (eMMC) для хранения данных на мобильном устройстве

      eMMC – это компонент хранилища, предназначенный для использования в мобильных устройствах. Он потребляет значительно меньше энергии, чем обычные настольные твердотельные накопители или вращающиеся диски. Кроме того, он значительно меньше дисков для настольных ПК.

      Несмотря на то, что сегодня eMMC несколько устарели, они по-прежнему используются в недорогих телефонах или других устройствах, в которых приоритет отдается низкой цене и меньшей сложности, таких как ноутбуки бюджетного сегмента, смарт-телевизоры, устройства IoT и носимые устройства.

      Промышленный и автомобильный сегменты также выигрывают от зрелости eMMC и притворства стабильных, долгосрочных партнеров по цепочке поставок. Фактически, Phison по-прежнему поставляет несколько миллионов единиц PS8200 в год некоторым клиентам в автомобильной промышленности даже сейчас, в 2021 году, через 11 лет после дебюта.

      UFS: золотой стандарт флэш-памяти NAND для мобильных устройств

      К середине 2000-х интерфейс и протокол eMMC начали устареть. Полудуплексный интерфейс означал, что он не мог одновременно выполнять операции чтения и записи. Главным виновником, сдерживающим eMMC, было использование параллельной шины данных. К этому моменту большинство других протоколов хранения перешли на технологию последовательной шины данных. Модернизация eMMC и поддержание обратной совместимости потребовали бы больше усилий, чем определение совершенно нового стандарта.

      Именно поэтому в 2010 году на сцену вышла технология Universal Flash Storage (UFS) 2.1, а в 2016 году она затмила всех на дорогих смартфонах. Она обеспечила значительный прирост производительности по сравнению с eMMC, а также современный физический последовательный интерфейс и многое другое. надежный и эффективный протокол при одинаковом энергопотреблении.

      Это был первый стандарт мобильного хранилища с полнодуплексным последовательным соединением, поддерживающим одновременную передачу данных в обоих направлениях. Кроме того, UFS поддерживает до двух полос (соединений) в каждом направлении, что приводит к удвоению пропускной способности данных по сравнению с системами, использующими одну полосу. Например, он был в два раза быстрее обычных твердотельных накопителей SATA III, которые в то время использовались в большинстве настольных компьютеров и ноутбуков, и до сих пор популярны.

      С появлением универсальной файловой системы хранения данных мобильные устройства наконец-то смогут получить преимущества от производительности хранения, сравнимой (или превосходящей) с большинством потребительских ПК на рынке. Два года спустя, в 2018 году, рост популярности мобильных игр в сочетании с появлением стандартов WiFi6 и 5G вызвал новую волну спроса на еще более высокую производительность мобильных телефонов.

      Ответом индустрии хранения данных на это стала UFS 3.0, удвоившая пропускную способность при незначительном увеличении энергопотребления. Флагманские приложения ориентированы на UFS 3.1, а основные мобильные устройства (смартфоны, VR/AR, планшеты, Chromebook) используют UFS 2.2.

      UFS 3.1 обеспечивает беспрецедентную производительность хранения данных на мобильных устройствах и может обеспечить такую ​​же пропускную способность, что и твердотельные накопители PCIe NVMe. Эволюция на этом не останавливается, и потребители продолжают ожидать повышения производительности в ближайшем будущем.

      Именно здесь лучше всего подходят твердотельные накопители NVMe BGA.

      Твердотельные накопители NVMe BGA

      Твердотельные накопители BGA используют протокол энергонезависимой памяти Express (NVMe) для обеспечения доступа к данным через интерфейс PCIe. Шина PCIe — один из самых популярных интерфейсов, который можно найти практически на всех ПК и платформах ARM. Твердотельный накопитель BGA имеет тот же размер упаковки, что и UFS (11,5 x 13 мм), и содержит в себе полноценный твердотельный накопитель NVMe с двумя линиями PCI.

      Новейший твердотельный накопитель BGA от Phison основан на контроллере E21T в конфигурациях Gen 4 x2 и обеспечивает производительность до 3,5 ГБ/с. Это в 1,5 раза больше, чем у самой быстрой UFS 3.1 на рынке.

      Итерации PCIe постоянно опережают как минимум на одно поколение. К тому времени, когда следующая UFS (до 4,5 ГБ/с) превзойдет текущую пропускную способность PCIe Gen4x2, PCIe, скорее всего, снова поднимет планку с
      Gen 5×2 (до 7 ГБ/с).

      Учитывая очень тесную интеграцию в экосистему мобильных устройств, самой большой проблемой для принятия другого стандарта является наличие совместимых хост-платформ (например, процессора телефона). Phison верит в потенциал этого решения для мобильных хранилищ и уже начала массовое производство компонентов твердотельных накопителей NVMe BGA. Они имеют такую ​​же стоимость и энергоэффективность, как и самые последние устройства UFS.

      Хотя интересно, что некоторые недорогие платформы настаивают на отказе от eMMC, что вызывает интерес к бюджетному сегменту NVMe BGA. Phison также начала осваивать эту территорию с облегченной версией своих твердотельных накопителей NVMe. Он предназначен для обеспечения меньшей плотности памяти с упором на низкое энергопотребление и конкурентоспособную стоимость. Идеально подходит для недорогих мобильных устройств.

      Phison — лидер в области хранения данных для мобильных устройств

      Phison является лидером в области мобильных систем хранения и предлагает широкий спектр решений на этом рынке. Ранее, в 2021 году, Phison заключила партнерское соглашение с BlackShark (компания из группы XiaoMi), чтобы поставить первый твердотельный накопитель BGA NVMe в смартфоне. Кроме того, это был первый раз, когда подсистема хранения данных на смартфоне работала значительно быстрее, чем UFS 3.1.

      Наши сильные стороны включают:

          • Гибкая бизнес-модель. Мы работаем по бизнес-модели, которая позволяет нам быстро адаптироваться к потребностям клиентов.
          • Опыт. У нас есть обширные ноу-хау и возможность разрабатывать собственные ИС, которые сокращают время выхода на рынок за счет вертикальной интеграции.
          • Исследования и разработки. Мы вкладываем значительные средства в исследования и разработки, чтобы параллельно запускать больше проектов, сохраняя при этом конкурентоспособность благодаря передовым технологиям.
          • Видение. Наше видение и спланированная стратегия принятия рисков позволяют нам исследовать новые и инновационные технологии.

          Эти сильные стороны позволяют нам выходить на рынок раньше конкурентов, что дает нам значительное преимущество, когда новые технологии получают широкое распространение. К тому времени, когда конкуренты выпускают свой первый продукт, Phison уже перешла ко второй или третьей итерации.

          Если вам интересно узнать больше о других достижениях Phison в области флэш-накопителей для мобильных устройств, ознакомьтесь с другими публикациями на эту тему.

          Читайте также: