详解eMMC的前世今生和优劣势

2020-10-16 18:18:34 admin 4699

讨论到eMMC的发展历程,必须要从介绍Flash的历史开始

Flash分为两种规格:NOR Flash和NAND Flash,两者均为非易失性闪存模块。

1988年,Intel首次发出NOR flash技术,彻底改变了原先由EPROM和EEPROM一统天下的局面。NOR类似于DRAM, 以存储程序代码为主,可以让微处理器直接读取。因为读取速度较快,但晶片容量较低,所以多应用在通讯产品中,如手机。 
1989年,东芝公司发表NAND flash结构,强调降低每比特的成本,更高的性能,并且像磁盘一样可以通过接口轻松升级。因为NAND flash的晶片容量相对于NOR大,更像硬盘,写入与清除资料的速度远快于NOR,所以当时多应用在小型机以储存资料为主。目前已广泛应用在各种存储设备上, 可存储代码和资料。


eMMC在NOR, NAND存储芯片里的定位

关于这点,我们有过介绍,想详细了解的朋友可以参考如下链接:http://www.longsto.com/news/27.html


这里大家可以在如下的分类图中了解到eMMC的产品定位。

存储芯片分类

可以看到eMMC内部使用的是NAND Flash晶圆,属于NAND Flash产品的一种。


NAND Flash的存储单元发展:从 SLC, MLC到TLC/QLC,超越摩尔定律

SLC=Single-Level Cell, 即1bit/cell,读写速度快,寿命长,价格是MLC三倍以上,约10万次读写寿命。

MLC=Multi-Level Cell, 即2bit/cell ,速度一般,寿命一般,价格一般,月3000-10000次读写寿命。

TLC=Triple-Level Cell, 
即3bit/cell,速度慢,寿命短,价格便宜,约500次读写寿命,技术在逐渐成长中。

QLC= Quad-Level Cell,

即4bit/cell,这是2019下半年才刚开始推广,主要是为了满足更大的容量,更便宜的成本。性能,速度,寿命都低于TLC。

SD NAND内部使用最可靠的SLC晶圆



摩尔定律是由英特尔(Intel)创始人之一戈登·摩尔(Gordon Moore)提出来的。其内容为:当价格不变时,集成电路上可容纳的晶体管数目,约每隔18个月便会增加一倍,性能也将提升一倍。换言之,每一美元所能买到的电脑性能,将每隔18个月翻两倍以上。而NAND Flash行业的摩尔定律周期则只有12个月。

  

NAND Flash的存储单元从最初的SLC( Single Layer Cell), 到2003年开始兴起MLC (Multi-Layer Cell), 发展至今,后来主流存储单元从MLC向TLC(Triple Layer Cell)甚至QLC迈进。2017年开始,主流生产工艺也从之前的2D转向3D。纳米制程工艺和存储单元的发展,使得同样大小的芯片有更高密度和更多的存储单元,Flash得以在容量迅速增加的同时,还大幅降低了单位存储容量的成本。
但其弊端也轻易显现,从原来的1bit/cell发展到后来4bit/cell, 计算更为复杂,出错率不免更高,读写次数和寿命也会更短。在这种情况下现有MLC 和 TLC Flash 都需要搭配一颗高性能的控制芯片来提供EDC和ECC、平均擦写等Flash管理。


随着近年平板电脑和智能手机等在全球热潮来袭,嵌入式存储eMMC即营运而生

iphone,iPAD带动了智能手机和平板电脑行业的迅猛发展,引发了电子产品更新换代,对存储硬件提出了更高的要求。多媒体播放、高清摄像,GPS,各色各样的应用以及外观轻薄小巧的发展趋势,要求存储硬件拥有高容量、高稳定性和高读写速度的同时,需要存储芯片在主板中占有更小的空间。然而NAND Flash 随着纳米制程和存储技术的主流趋势发展,性能却在不断下降。可擦写寿命短,出错概率高,读写速度慢,稳定性差。嵌入式存储芯片eMMC就可以弥补这个市场需求和NAND Flash发展的缺口。


eMMC ( Embedded Multi Media Card) 采用统一的MMC标准接口, 把高密度NAND Flash以及MMC Controller封装在一颗BGA芯片中。针对Flash的特性,产品内部已经包含了Flash管理技术,包括错误探测和纠正,flash平均擦写,坏块管理,掉电保护等技术。用户无需担心产品内部flash晶圆制程和工艺的变化。同时eMMC单颗芯片为主板内部节省更多的空间。

SD NAND,贴片式TF卡,贴片式SD卡


eMMC未来的发展

接口:eMMC接口慢慢会切换到UFS接口。UFS的接口速度更快。目前新推出的主流手机和平板产品都已经采用了UFS接口内部材质:市面上还是少量有MLC晶圆的eMMC,主要针对行业市场。主流的都已切换到3D TLC晶圆。

容量:128GB算是eMMC最大容量了。更高容量产品会切换到UFS。

大小:eMMC早期有12*18mm,目前主流切换成11.5*13。这两年智能手表的兴起,导致了ATO这种存储公司推出了目前最小尺寸的eMMC, 大小:7.5*9 具体链接可参考: http://www.longsto.com/product/34.html

另外CS品牌推出的SD NAND也可以理解为mini型eMMC,大小只有6*8,只有8个pin脚. 有兴趣朋友可以参考:http://www.longsto.com/product/31.html。


eMMC优缺点

eMMC能成为消费类电子产品的主流存储芯片,一定有它的优势。主要体现在:

1, 容量大;2,速度快;3,兼容性好。无论内部使用哪种晶圆,内置的固件都已处理好。


随着物联网的兴起, eMMC的一些缺点也显露出来了:

1, 成本高。eMMC主流起跳容量16GB,客户即使只用128MB,也需要付出16GB的成本。

2, 尺寸大。11.5*13的尺寸对于很多穿戴式或者物联网设备来说还是太大了。

3, Pin脚多,不方便焊接。eMMC是BGA153封装,153个pin脚,pin间距0.5mm。焊接是个问题,特别是PCB板比较小的时候。另外使eMMC必须要用4层板。

4, 通用性。对于新推出的大核CPU来说,基本都支持eMMC。但物联网由于使用场景限制,很多还是采用MCU平台。而这些平台基本都不支持eMMC接口。

5, 擦写寿命。主流eMMC内部采用都是TLC NAND, 擦写寿命只有500次左右。在需要频繁擦写的应用场景会比较吃力。


也是基于eMMC在物联网和穿戴式行业的应用短板,CS品牌独家推出了SD NAND产品,可以完美解决以上问题。具体可以参考如下链接:

SD NAND与eMMC对比: http://www.longsto.com/news/7.html     CS SD NAND详情页: http://www.longsto.com/product/31.html

主要区别如下:

SD NAND和eMMC对比

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标签: eMMC SD NAND

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