eMMC / eMCP移动设备嵌入式存储

eMMC/eMCP将成为移动设备嵌入式存储主导技术

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【引言】eMMC具有兼容性强、设计简便的特点，广泛应用于移动设备中。随着人们对设备存储容量的需求加大以及成本进一步降低，eMMC应用面还将不断扩大。
eMMC采用统一的MMC标准接口，将存储芯片(NAND Flash)及其控制芯片封装在一颗BGA芯片内。eMMC可以很好解决NAND Flash管理困难的问题，系统厂商只需要选择所需容量的eMMC芯片，而不用理会Flash品牌差异、纳米制程技术改变、兼容性等一系列管理难题，从而简化终端产品关于存储方案的设计，缩短新产品推出的时间。eMMC的性能以及可靠性也较普通存储卡优越，可帮助厂商推出具有竞争性的功能应用(如eMMC的高速写性能可以帮助手机厂商开发各种高清视频和图像应用功能)，提高用户体验以及产品黏性。
eMMC规范发展促进应用面不断扩大
eMMC规范从2008年的V4.2发展到现在的V4.5，理论写速度也从10MB/s提升至200MB/s，同时根据嵌入式产品设计需要增加很多新功能，并且大幅增强数据防护与处理效率。2012年V4.41已成为市场主流，V4.5产品也已开始进入生产阶段，预计2013年下半年V4.5 eMMC将替代V4.41成为主流。
eMMC标准主要是为了解决Flash纳米制程技术升级带来的品质、可靠性下跌的问题，满足用户对高性能、高可靠性存储需求而开发的芯片，主要应用于需要大容量数据存储的手持终端产品。随着eMMC产品功能增加、速度大幅度提升，eMMC已被智能手机、中高端平板电脑、超极本、智能电视以及云端服务器等产品广泛应用。
智能手机嵌入式存储转向eMCP/eMMC
早期智能手机嵌入式存储主流方案为NAND MCP，即把SLC NAND Flash与低功耗DRAM封装在一起，具有生产成本低、技术相对成熟等优势，目前主要规格有4＋2(4Gb SLC＋2Gb LPDDR1/2)、4＋4(SLC与LPDDR1/2各4Gb)等。随着手机所用操作系统的程序代码容量变大，特别是随着Android操作系统的广泛流行，厂商希望在手机中预装大量程序及软件，SLC NAND Flash已很难满足手机对存储容量的需求。三星等厂商开始将eMMC和低功耗DRAM封装在一起，满足手机对较大容量的要求，eMCP存储方案开始得到客户接受，在手机行业中广泛应用。但目前只有三星、SK海力士等少数供应商有较全的产品规格和稳定供货，对于最终用户来说还有很大的采购风险。目前应用较广的eMCP规格有4＋4(eMMC和LPDDR1/2各4Gb)、4＋8(4GB eMMC＋8Gb LPDDR2)和16＋8(16GB eMMC＋8Gb LPDDR2)等。目前采用联发科技的MT6577平台手机均为采用eMCP存储方案为主。
高端智能手机因为PCB空间有限，以及CPU与DRAM高频通讯等特点，厂商更青睐采用处理器和LPDDR2进行POP封装，外加单颗eMMC的存储方案，这样可以减轻工程师设计PCB的难度，减少处理器与DRAM通讯信号的干扰，提高终端产品性能。目前采用高通MSM8260/MSM8960以及STE U8500等平台手机则是采用此方案。

2012年eMMC生产商主要以eMMC 4.41规范为主，不过三星、SanDisk已经推出了eMMC V4.5规范的产品，比如三星的eMMC Pro Class 1500和eMMC Pro Class 2000、SanDisk的128GB iNAND Extreme。银灿eMMC 4.5控制芯片IS510已出货，即将发布的eMMC V4.5新控制芯片IS511。

智能手机几种嵌入式存储方案比较

手机与平板电脑推动存储需求
目前智能手机需求表现强劲，三星受惠于Galaxy系列热卖，2012年第三季度销量一举冲上5,630万台，苹果则受惠于iPhone 5上市，2012年第四季度iPhone销量将上升至4,000~5,000万台。高端智能手机存储主要以16/32/64GB eMMC为主，苹果、三星等品牌智能手机增长成为eMMC出货的主要推动力。
在高端智能手机不断成长的同时，联发科技、高通等力推在低端智能手机中采用eMMC/eMCP。2012年下半年，他们开始在其新平台上使用eMMC或eMCP，例如联发科技的MT6575/MT6515、MT6577/MT6517均可支持eMMC或eMCP;高通除了双核、四核的MSM8225Q和MSM8625Q外，又推出两款新四核芯片组——MSM8226和MSM8626(可能2013年第二季度才会有样品)，四核芯片的推出不仅提高eMMC/eMCP在低端智能手机的渗透率，而且还将推升eMMC存储从4GB/8GB向16GB转进，还可以有力刺激双核智能手机普及率提升。

IDC数据报告称，2012年全球智能手机出货量达7.17亿部，比2011年增长45%以上，2013年出货量依然持续成长，eMMC和eMCP的需求量也将随之继续快速增加。

MCP/eMCP/eMMC存储方案对比
平板电脑市场依然以iPad为主，不过中低端平板电脑在全志A13、瑞芯RK2918、晶晨AML8726-MX等双核芯片不断量产的推动下，国内平板电脑以蚂蚁雄兵之势快速成长。据平板业者指出，2012年国内平板电脑出货量可达到5,000~6,000万台的规模，较2011年1,400万台增长数倍。而且随着全志A31、瑞芯RK3188等四核芯片陆续发布，国内低端平板电脑市场将得到进一步提升，预计2012年全球平板电脑总需求将达亿台以上，而eMMC在平板电脑上将得到广泛应用，内嵌存储也将向高容量发展。同时eMMC可能将渗透到更多行业，如车载设备、学习机、数字电视、IPTV机顶盒等领域，eMMC整体需求量将进一步扩大。
此外，NAND Flash成本下跌以及eMMC控制芯片技术日渐成熟，使eMMC价格一直呈现下滑走势。据中国闪存市场网报价显示，2012年eMMC 4GB平均价格从年初的5.25美元下跌至3.3美元，跌幅为37%。8GB平均价格从9.25美元下跌至6.15美元，跌幅为33.5%。从目前的价格来看，8GB已临近4GB去年初的价格，随着eMMC价格的降低，生产商将更趋向于采用8GB eMMC，并向16GB eMMC转移。
附：
【题目】USB 3.0接口逐渐成熟，市场需求升温
USB 2.0向3.0发展是业者一直期待的，主要是传输接口速度可从48MB/s提升到5Gbps(500MB/s)，这样的速度对于用户是比较有诱惑力的。过去的一年中，受市场等其他因素的影响，目前市面上各家USB 3.0产品的速度从10MB/s到90MB/s不等，有着非常明显的速度差别，各自推出各自标准的产品，并无统一规范。事实证明，2012年USB 2.0依然占主导位置，USB 3.0经历了一年的寒刺骨，2012年终于迎来扑鼻香，但这仅仅是起步，还需要在未来的一年里面更加努力推广。
USB 3.0传输速度本身较USB 2.0快10倍，性能表现优越，而英特尔Ivy Bridge处理器集成USB 3.0后更是助长了其成长的动力。最新Ivy Bridge构架的Z77、B75、H77等芯片组主板都可支持原生USB 3.0，即在主板上集成了USB 3.0控制芯片，当使用USB 3.0时南桥集成的控制器直接启动，无需安装驱动程序，这样让USB 3.0速度有小幅度提升。现在主板厂商可避免不同第三方USB 3.0控制芯片性能差异造成的影响，降低主板设计复杂性，同时节省成本。此外Windows 8也原生支持USB 3.0标准。
USB 3.0控制芯片技术推动外围产品成长
相比目前的USB 2.0接口，USB 3.0增加了更多并行物理总线。从线缆结构上可以看到，新标准在原有4线结构(电源/地线/2条数据)基础上再增加了4条线，用于接收和传输信号。因此不管是线缆内还是接口上总共有8条线路，正是额外增加的4条线路提供了所需带宽支持，因此得以实现高速传输。此外，USB 3.0信号传输仍然采用主机控制方式，不过改为了异步传输。它利用双向数据传输模式，而不再是USB 2.0时代的半双工模式，这样数据只需要朝一个方向流动就可以了，简化了等待引起的时间消耗。USB 3.0可以在存储器件所限定的存储速率下传输大容量文件(如高清电影)。例如，一个采用USB 3.0的闪存驱动器可以在15秒将1GB的数据转移到一个主机，而USB 2.0则需要43秒。
如今硬件、软件均支持USB 3.0，使得支持USB 3.0的外围产品需求开始逐渐升温，尤其是闪存盘。据了解，USB 3.0控制芯片厂慧荣、银灿、群联、钰创、祥硕、创惟等纷纷看好2012年USB 3.0外围产品的成长，2012年下半年出货已有大幅度的提升，2013年将全力冲刺USB 3.0产品。其中银灿USB 3.0闪存盘控制芯片出货量单月达180万颗，2013年初将挑战200万颗;群联2012年USB 3.0控制芯片月出货已提升至100万颗;祥硕2012年USB 3.0外围应用芯片出货量突破3,600万颗。
随着USB 3.0控制芯片技术的不断推进，USB 3.0控制芯片价格已达到0.6~0.8美元，较USB 2.0控制芯片0.2~0.4美元的价格相差无几，但是目前USB 2.0系统产品和USB 3.0产品在价格、传输速度上还是有一定的差异。

USB2.0与USB3.0接口标准对比

目前遇到的问题以及未来展望
USB 3.0目前无法大量上量的原因之一是对应的外围设备支持与更新换代较慢，用户老的主板及机箱上大多都配备的是USB 2.0接口，没有USB 3.0接口的设计。对于普通用户来讲，不会为了增加一个USB 3.0去给自己的电脑更新换代。因此USB 3.0闪存设备的应用还是受到制约。可喜的是，目前苏宁、国美以及电商所陈列的产品都已经配备了USB 3.0接口，不久的将来我们就能看到USB 3.0产品蓬勃发展。
第二个原因是目前平板电脑等市场随着时间推移在不断增大，个人办公与娱乐设备有着明显的分水岭。笔记本电脑完全用于个人办公以及公司办公，而平板电脑完全应用于个人娱乐，这样的更新也会导致用户对于笔记本的需求随着平板电脑的上量相应减低。而在平板电脑领域，由于采用内嵌存储为主，对于USB 3.0的需求还没有那么迫切。
2012年业界看好USB 3.0的产品，并且对USB 3.0会在2013年的市场表现有着非常乐观的预测。然而USB 3.0各家的尺寸大小无统一标准，目前的尺寸以及连接器标准大概有10种左右，在大家都觉得USB 3.0春天来临之时，统一标准应该是各家所急需。
（本文原文刊载于《集成电路应用》杂志2013年第02期，转载请注明出处。）

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