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2012年智慧手機、平板電腦與ultrabook,成為市場需求量最大且成長最快速的三劍客。它們除了具備低功耗、多核心高效能的處理器、人性化應用的作業系統之外,提供高效能、穩定且低功耗的eMMC、SSD等固態儲存產品也是重要關鍵。

過去硬碟機的關鍵存技術在少數硬碟把持,隨著固態儲存技術的崛起,以快閃記憶體為根基的eMMC、UFD與SSD儲存裝置,有助於業界設計體積輕巧、型態多變的行動數位裝置;同時其儲存容量越來越大,單位容量成本也越來越低,吸引眾多廠商投入相關儲存產品的研發。

放大 DIGITIMES於8月9日舉辦「DTF前瞻儲存技術論壇」,講師針對議程主題均有深入精闢之探討,活動現場共有384位產業人士熱情參與。

放大 前瞻儲存技術論壇中場休息時間,贊助商攤位前總是圍滿詢問產品與技術方案的學員。

為協助業界善用最新快閃記憶體儲存技術,加速可攜式產品、行動應用產品,乃至於特殊工規、軍規等產品的開發,DIGITIMES在8月9日舉辦「DTF 2012 Taiwan 前瞻儲存技術與應用論壇」中,邀集華騰國際(ATP)、祥碩(ASMedia)、銀燦(Innostor)、智微(JMicron)等業者,介紹固態儲存控制解決方案;華騰、祥碩與銀燦也在會場外設置展示攤位,展示自家產品並與會場進行技術交流。

華騰國際—挑戰10奈米製程天險 以可靠度與TCO總持有成本規劃勝出

華騰國際產品經理部總監曾德彰指出,當NAND即將面臨跨入10nm製程技術下的天險。當前NAND Flash即將面臨到嚴苛的ECC即時修正位元的暴增、使用壽命的減短,讀取擾動等會影響到品質、耐受度的嚴苛考驗。華騰國際(ATP)與快閃記憶體大廠、控制器晶片業者有長期而緊密的合作,掌握當前固態儲存技術趨勢,並提供穩定且成本能有效下降的產品。

他認為考量MLC/TLC在ECC錯誤修正位元數的爆增,P/E Cycles耐受度逐漸下降的長期趨勢下,不能僅侷限於SLC/MLC記憶體規格的迷思,而是以可靠度與總持有成本(Total Cost of Ownship,TCO)的觀念,依照自身需求來量身打造最適當的快閃記憶體應用產品。

針對經常面對電源中斷的嚴苛企業儲存應用下,華騰提出ATP Power Protector防護機制,使快閃記憶卡、隨身碟與SSD等產品,能避免因操作過程突然斷電所造成的資料遺失,提昇產品穩定性並延長使用壽命。

祥碩—掌握自主實體層技術 深化SATA6G、USB3.0、Thunderbolt的各式應用

祥碩科技資深協理莊景涪認為祥碩具備提供自行設計且量產驗證過的實體層電路技術,積極投資於各類型高速量測儀器,並且提供低功耗、支援USB 3.0、SATA Partial/Slumber節能模式與PCIe連線動態電源管理,支援BC v1.2/Apple電池充電模式與可選擇的時脈產生器來源的產品,以最低BOM表成本,提供客戶技術創新、效能卓越、價格合宜、品質為先與值得信賴為高速產品應用。

祥碩提供從HDMI/DVI、PCIe高速切換器、訊號再生器(ReDriver),應用於SATAⅢ、USB3.0與Thunderbolt等高速匯流排介面的橋接晶片,USB 3.0 UFD隨身碟控制晶片,以及支援SATAⅢ、RAID0/1/JBOD磁碟儲存控制晶片等。已有11家採用祥碩晶片的廠商產品通過USB-IF認證,並通過各種英特爾╱超微南橋原生USB 3.0與各大廠USB 3.0主控晶片的相容性測試。

銀燦—提供低成本、高性價比的USB 3.0 UFD、eMMC儲存技術方案

銀燦科技副總經理詹政峰指出,隨著NAND Flash單位成本不斷下降,以及UFD容量與規格需求的挪移,銀燦提供以相近於USB 2.0 UFD/COB UFD成本結構與外觀,可搭配TLC且設計出各種高容量、不同效能區間的高性價比的USB 3.0 UFD/COB UFD解決方案,同時搭配銀燦開發的效能強化軟體,可以達到Windows 8對於行動Windows(Windows To Go,WTG)的效能規範,提供平板裝置較佳的操作體驗。

銀燦科技副總經理魏智汎則認為,從2006年eMMC由MMCA與JEDEC所提出,到2012年eMMC
v4.51的推出,其採用多晶片封裝(MCP)將Flash記憶體和控制晶片包成一顆BGA封裝,可應用像是手機、平板等嵌入式系統,縮短產品的上市週期和研發成本。銀燦已經送樣採130nm、採19nm製程單矽晶的IS510 eMMC晶片,後續將會推出多矽晶IS511 eMMC晶片,隨後將會有支援1xnm MLC/TLC與BCH/LDPC解碼的IS521 eMMC晶片產品的推出。

智微─掌握個人╱企業儲存裝置與Ultrabook啟動契機

智微科技產品行銷協理張中平介紹智微針對Ultrabook平台所開發的全球第一顆低功耗、低成本4通道設計的SATA 6Gbps的JMF667 SSD控制晶片,支援英特爾/美光20~25奈米以及東芝19奈米快閃記憶體顆粒。在循序讀寫效能上媲美競爭對手八通道的效能水平,在4KB小區塊讀寫可提昇4~100倍不等的效能,符合英特爾對於Ultrabook啟動IRST智慧反應技術的性能規範,無論是mSATA快取模組或SATA作業系統碟,均能可以提供超越同儕效能的優良Ultrabook解決方案。

智微科技資深產品行銷經理彭哲瑄指出,個人與企業外接儲存裝置,將從2011的7,700.55萬,以年複合成長率達28.1%成長到2016年的2億6555.5萬顆。智微於2012年推USB 3.0/SATA6Gbps複合介面的JMS569橋接晶片、雙SATA6G埠的JMS562晶片家族,提供2.5/3.3V、韌體外接╱內建與輸出入介面的各式彈性化配置版本,提供循序讀、寫449.8、447.6MB/s,以及4K QD32項目116.3、124.1MB/s的卓越效能。而JMS569在Suspend /全速模式下功耗僅10mW、330mW,符合USB 3.0 Single Bay的功耗規範,並迎合EUP 2013年系統待機低於0.5W的前瞻要求。

台科大謝仁偉—從連通架構、CAFTL演算法與混合架構深究SSD的發展

台科大資訊工程系助理教授謝仁偉指出,當前多通道固態硬碟(Solid State Drive;SSD)的發展上,可以從前端使用Interleaving將I/O需求分門別類,進行stripping需求分拆,並以管線化方式排入各通道,整個SSD的平行化效能就得以提昇。他點出目前SATAⅡ有限頻寬造成整體效能瓶頸。學界與業界也提出了雙埠DRAM、雙埠SSD架構,就近直接連通北橋晶片的大膽創新理念,有助於CPU 對SSD讀寫的雙向平行化作業順暢並提昇效能。

對延展SSD使用壽命上,應用Content Access Flash Transaction Layer(CAFTL)演算架構,每一次資料寫入時,以兩階段間接索引對映方式,把寫入資料做160bit SHA-1做指紋編碼索引,並紀錄儲存位置與被引用參考次數,系統可隨時動態判斷是否寫入多餘的資料並加以剃除,進而減少不要的資料寫入量。

另外搭配少量SLC與大量MLC的混合架構SSD,配合良好演算法可提供近趨SLC高耐受度與MLC儲存成本的SSD產品,但針對SLC與MLC不同耐受度與資料抹寫更新特性下,對系統韌體相關演算法與判斷機制的開發是極大的挑戰。而SSD磁碟陣列可搭配由PRAM、MRAM或電池供電的DRAM所設計的Partial Parity Cache(PPC)機制,就近取得新舊資料直接運算出新的同步位元,減少經常性的資料讀取、運算與寫入動作,進而提昇整體SSD RAID的效能。

DIGITIMES中文網 2012/08/30-DIGITIMES企劃
http://www.digitimes.com.tw/tw/dt/n/shwnws.asp?CnlID=154&Cat=&Cat1=&id=0000299738_51I6IA3Z4AN7E77SGYWTA&query=eMMC
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USB 3.0隨身碟與eMMC的市場趨勢

隨著NAND Flash記憶體單位成本不斷下降,以及高效能/主流/入門市場UFD容量需求的向上挪移,如何使用目前最具備單位容量成本競爭力的TLC NAND記憶體,同時發揮USB 3.0高速傳輸的效益,隨身碟控制器廠商開發出以USB 2.0 UFD成本結構、設計相同,可搭配TLC且提供高容量、高性價比的USB 3.0 UFD解決方案,同時針對eMMC的發展趨勢提出對應的產品…

隨身碟的市場區分與USB 3.0方案的導入

銀燦科技(innostor)副總經理詹政峰指出,隨著NAND Flash容量增加與單位成本的下降,在2010年高階效能UFD(USB Flash Drive)容量為32GB,主流UFD為8〜16GB,低於10美元的入門市場為4GB,2GB以下為禮品市場。2011年高階效能UFD為64GB,主流UFD為16〜32GB,入門市場為8GB,4GB以下為禮品市場。預料2012年高階效能UFD容量為128GB,主流UFD為32〜64GB,入門市場UFD普遍為16GB,8GB與4GB以下則為禮品市場。

以1CH、2ynm甚至1xnm的 TLC記憶體組合來看,4GB容量(32Gb Die,SDPx1)的循序讀、寫為60、7MB/s,8GB(64Gb Die,SDPx1)則為60、6MB/s,16GB(64Gb Die DDPx1, SDP x2, 128Gb SDPx1)循序讀、寫為80、10MB/s,32GB(64Gb Die QDPx1, DDP x2, 128Gb DDPx1, SDPx2)循序讀、寫為80、20MB/s,主流效能的64GB (64Gb Die QDPx2, 128Gb Die QDPx1,DDPx2)與128GB容量(128GB Die QDPx2)的循序讀、寫速度都可達到80、30MB/s;若搭上USB 2.0的UFD控制器,則循序讀、寫速度僅20 ~ 25 MB/s、3〜7MB/s。

銀燦提出彈性化單通道配置(Flexible 1 Channel Configuration)設計,PCB大小僅14 x 33mm,且不含Flash的BOM表成本僅0.6美元。他也展示以各種單通道TLC Flash矽晶組合下,Crystal DiskMark v3測試的循序讀取速度可達到64〜65、76、82.4MB/s,寫入速度達到10.28〜35.39MB/s,4K QD隨機讀取速度在3.711〜5.358MB/s,4K QD隨機寫入速度在0.113〜0.255MB/s。目前USB 3.0 COB UFD尺寸,可以做到跟USB 2.0 COB UFD一樣的11.3mm x 24.8mm,僅厚度略增為2mm。銀燦針對1CH MLC/TLC入門COB以及2CH MLC高效能COB,提出了超過30種COB基板解決方案。並通過各式Intel/AMD南橋主控與多家USB 3.0主控晶片的驗證。

以成本╱效能做USB 3.0 UFD市場規劃

目前1CH MLC循序讀取速度達70〜110MB,寫入速度則是12MB * CE# 數(例如4CE顆粒就是48MB/s),而1CH TLC循序讀取速度達55〜100MB/s,寫入速度為5MB * CE#數(例如4CE顆粒就是20MB/s)。採2CH MLC的循序讀取速度150〜280MB/s,循序寫入速度為12/20MB * CE#*2ch數(例如2CH 2CE顆粒就是48〜80MB/s);而2CH TLC循序讀速度達140〜220MB/s,循序寫可達5/7MB * CE# * 2ch(例如2CH 4CE顆粒就是40〜56MB/s)。在市場比較注重寫入速度下,可藉由較高CE#的顆粒與雙通道搭配,提昇產品的寫入速度。另外採較高DDR時脈的NAND Flash顆粒,可以增加讀取速度,但相對的整個UFD功耗也跟著提昇,設計者在效能與功耗上必須做取捨。

銀燦對USB 3.0 UFD市場規劃上,大於128GB的UFD屬頂級市場,而循序讀>200MB/s、寫80〜150MB/s定位在高階市場,僅需使用2CH MLC 4〜8Die即可達成;循序讀80〜200MB/s、寫30〜80MB/s定位在中階市場,僅需搭配1CH 4Die 或2CH 2Die MLC/TLC顆粒即可達成;循序讀50〜100MB/s、寫5〜30MB/s則定位主流市場,僅搭配1CH 1~2Die MLC/TLC顆粒即可;USB 2.0 UFD僅在極低成本的禮品市場上存活。

應用於WTG的UFD加速方案

詹政峰提到微軟Windows 8提供了WTG(Windows To Go)的應用,做為課程訓練、資訊站(Kiosk)、學校、網路咖啡店與實驗室裝置的啟動應用,使這些數位裝置無須硬碟,能直接以隨身碟開機運作。要啟用WTG,UFD容量至少要32GB,安裝完OS之後須預留8GB空間做為磁碟快取,另外裝置不支援USB Attach SCSI Protocal(UASP),且隨機4KB Read IOPS大於2,000,而隨機4KB Write IOPS大於200,UFD的隨機讀寫IOPS數值,是用戶操作體驗的關鍵。

他指出當前許多32GB USB 3.0 UFD可輕易達到40 ~ 100 MB/s循序寫入速度,但是導入用戶體驗,像是複製、播放MP3音樂檔案時,傳輸效能降到15〜24MB/s,這是因為低價隨身碟架構上,其隨機讀寫效能普遍都太慢;若採用類似SSD的方案來設計,隨機檔案讀寫效能雖然改善,但用戶不一定能接受這多出來的成本。

銀燦科技開發出效能強化軟體AI Copying Boost,原本IS916 UFD複製1,000個4KB檔案需時13秒,複製1,000個1MB檔案需82秒,啟用AI Copying Boost軟體後,複製時間降為2秒、66秒,跟一般USB外接SSD複製時間3秒、72秒相比,兩者複製效能在伯仲之間甚至更快。以Crystal DiskMark v3.0測試,原始IS916 UFD循序讀、寫取速度為149.7、45.55MB/s,4K QD32為7.852、0.174MB/s;以AI Copying Boost進行軟體優化後,循序讀、寫取速度提升到176.2、50.59MB/s、特別4K與4KQD32隨機寫入速度提昇為48.48、49.11MB/s,較原先提昇了270倍,提供了進入Windows 8環境下,無停滯的暢快操作體驗。

eMMC的技術及市場趨勢

銀燦科技副總經理魏智汎,提到MMC是JEDEC所訂立,採用多晶片封裝(MCP)將Flash Memory和Controller控制晶片包裝在一顆BGA封裝內。eMMC適用於嵌入式系統產品,特別以手機產品為大宗。MMCA與JEDEC組織於2006年宣佈eMMC商標與規範定義,在2008年公佈eMMC v4.3規格,該年MMCA亦併入JEDEC組織;2009年eMMC v4.4追加DDR50、BGA封裝與編碼防護,2010年eMMC v4.41追加了HPI介面與背景操作;2011年UFS 1.0與eMMC v4.5規格出現,後者追加HS200等多項功能;在2012年eMMC v4.51僅有少許更動,同年將推出UFS 1.1規格。

eMMC多應用於像是手機、平板等嵌入式系統,廠商無須因為NAND Flash供應商或製程世代的不同,而去重新設計並解決NAND Flash相容性問題。把eMMC晶片放入手機,可縮短新產品的上市週期和研發成本,加速產品的推出速度。跟SDA協會的eSD規格相比,eMMC還具備了還有三大優點:1.將Boot做法規格化,解決Boot的相容性問題。2.在現有parallel interface情況下,提供兩倍快的效能。3.eSD和SD卡一樣要收6%權利金,eMMC則免費。他認為eMMC是一個很好的解決方案,來處理NAND Flash相容性問題。

目前eMMC規格已發展到eMMC v4.5,追加了像Extended Partition、RTC 與Discard等功能,未來會由UFS (Universal Flash Storage)標準來接棒。UFS規格主要訴求是更快傳輸速度,更低功耗,以期望陸續獲得各手機大廠或是平板電腦大廠的認證。目前市場對eMMC的應用,以ARM Based+Android OS的平板╱智能手機,ARM Based的Windows RT平板╱智能手機,Intel Medfield+ Android OS的平板╱智能手機,均支援eMMC而不使用Flash與SATA介面。

而蘋果A5/A6+iOS平台,僅採用單一Flash介面,而不使用eMMC或SATA介面,而Intel x86+Windows 8或Intel x86+iOS平台則使用SATA介面,而不使用eMMC或單一Flash介面。他認為eMMC已涵括大部分Consumer的要求,再加上Intel與Microsoft的支持,將會是未來業界共通的標準。可期待eMMC出貨量逐年的成長,同時在Flash製程演進下,eMMC要支援最新的Flash,並且壽命不能打折。eMMC與eMCP將會同時並存於市場。

銀燦eMMC產品規劃

魏智汎介紹銀燦eMMC產品規劃時程表,2012年Q3將以130nm製程推出支援eMMC 4.5、19nm MLC,採單矽晶堆疊的IS510 eMMC晶片;隨後將在Q4推出支援19nm MLC的多矽晶堆疊的IS511 eMMC晶片;2013年Q3將以65/55nm製程技術,支援1ynm MLC/TLC與BCH/LDPC解碼的IS521 eMMC晶片;2014年下半則會推出支援UFS 1.0規格、高速Toggle 2.0 / ONFI 3.0工作模式的1ynm MLC/TLC記憶體矽晶,與BCH/LDPC解碼的IS551 eMMC晶片。

目前IS510 eMMC已經送樣,採12mm x16mm BGA169封裝,內嵌19nm MLC(6DCJ) 64Gbit矽晶,提供SDR50與HS200 eMMC工作模式,並通過HS200高速讀卡機的讀寫驗證。Crystal Diskmark v3測試出循序讀、寫速度為79.4、12.33MB/s,4K隨機讀、寫速度為12.71、3.11MB/s。

IS510在配置Toshiba 19nm 6DCJ x1die,Win7環境跑IO Meter選100MB區塊做平均3分鐘讀寫測試,4K隨機讀取2,650IOPS、4K隨機寫入750IOPS的效能;若以相同配置x1/x2/x4 6DCJ Die,Win7環境以IO Meter選擇1GB區塊做平均3分鐘讀寫,IS510的4K隨機讀取約3,000IOPS、4K隨機寫入為140 x Die數(如4die為560),也勝過 S公司同樣1CH 2 Die配置的eMMC產品。整體說來IS510能較競爭對手產品,在隨機讀取效能提昇200%,隨機寫入效能提昇150%。

Q4推出的IS511,搭三星K9GCGD8U0A,與S公司同樣配K9GCGD8U0A的eMMC產品相比,IS511 32GB(x4 GCG)的4K隨機寫入IOPS為580.6,4K隨機讀取IOPS為2472,超過S公司32GB(x4 GCG) 的表現;均符合Windows To Go(WTG)的4K隨機寫200以上。4K讀取IOPS大於2,000的效能規範。

DIGITIMES中文網 2012/08/30-DIGITIMES企劃
http://www.digitimes.com.tw/tw/b2b/Seminar/shwnws_new.asp?CnlID=18&cat=99&product_id=051A10809&id=0000299743_UBO6QP7P5N9ZC72G50WCP
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銀燦21/19nm TLC USB3.0單通道主控量產

USB 3.0控制晶片(IC)供應商銀燦科技,2011年搶先卡位USB 3.0隨身碟控制晶片市場成功,面對2012年多家競爭對手陸續加入戰局,銀燦在2012年更積極布局品牌系統廠市場以及大陸市場,同時針對新製程Flash推出新一代控制晶片IS903(雙通道晶片),支援最新製程的21nm/20nm/19nm MLC型NAND Flash,以及 IS916EN(單通道晶片)支援最新製程的21nm/19nm TLC型的NAND Flash,讓客戶可以使用銀燦提供的雙通道晶片(IS903)開發中高階高速產品,以及單通道晶片(IS916EN)開發低階產品,來規劃完整的產品線。

在新製程的MLC Flash讀寫速度都有提升,銀燦IS903控制晶片可以幫助客戶提供更高性價比的產品給終端客戶,讓客戶在中高階產品具有效能優勢,同時IS916EN配合新製程21nm/19nm TLC Flash,可以讓USB 3.0總成本更接近USB 2.0,加快U3/U2市場轉換的速度。

IS903和S916EN都已經獲得品牌廠承認採用,陸續進入量產。客戶除了應用在PCBA產品之外,多家OEM廠商和品牌客戶也已經完成COB產品驗證,陸續進入量產階段。

另外,銀燦科技的U3新主控制晶片和客戶目前已經量產的版本都具有腳位相容的優勢,客戶可以沿用現有的版型設計開發下一代產品,可以節省開發時間和成本。銀燦指出,USB 3.0隨身碟控制晶片IS916EN、IS903已通過USB 3.0 IF的Logo認證,同時銀燦也已經針對客戶使用最多的幾款主流版型提供參考設計,除了在成本上接近USB 2.0之外,客戶也可以使用原本USB 2.0各種主流外殼直接量產出貨,大幅節省開發成本和縮短新產品的上市時間。

銀燦科技除了U3產品之外,從2011就針對eMMC產品開始布局,目前已經獲得初步成果。第一顆eMMC主控IS510將於8月正式推出同時送樣給客戶驗證。IS510支持eMMC4.5的最新規格,以及支持Toggle1.0/ONFI2.3規格和19nm/20nm/21nm等各種MLC Flash。在效能表現方面,IS510具有優異的4K IOPS讀寫效能,對於現有產品中因為儲存裝置速度過慢所造成使用經驗不良的情況,可以有大幅的改善。接下來第二顆 eMMC主控IS511更是瞄準高效能市場,能符合WIN 8的規格要求,適合應用在平板電腦/智慧型手機/STB/DTV等相關市場。

DIGITIMES中文網 -孫昌華 2012/08/09
http://www.digitimes.com.tw/tw/dt/n/shwnws.asp?CnlID=130&Cat=&Cat1=&id=0000296662_X995AD3K725LTJ1BH6FSR&query=eMMC
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eMMC

eMMC為MMC協會所訂立的內嵌式記憶體標準規格,主要是針對手機產品為主,而手機的內嵌式標準規格除了eMMC之外,還包括SD協會設立的eSD規格,但目前看來仍是eMMC的使用客戶群較普及,目前是eMMC4.3世代,下一代是eMMC4.4規格。

過去NAND Flash技術只要從50奈米轉換至30奈米製程,或是SLC轉換成MLC晶片,手機大廠都相當頭痛,必須重新設計以及處裡相容性問題,然NAND Flash技術世代又是推陳出新且演化快速,因此手機大廠必須花很多時間處理NAND Flash的技術問題,甚至是三星電子(Samsung Electronics)、海力士(Hynix)、美光(Micron)的NAND Flash晶片,各廠的技術都不相同,手機廠必須分開設計。

eMMC或是eSD的設計概念,就是為了簡化手機內記憶體的使用,將NAND Flash晶片和控制晶片設計成1顆MCP晶片,手機客戶只需要採購eMMC晶片,放進新手機中,不需處理其他繁複的NAND Flash相容性和管理問題,最大優點是縮短新產品的上市週期和研發成本,加速產品的推陳出新速度。

DIGITIMES中文網 -連于慧 2009/05/08
http://www.digitimes.com.tw/tw/dt/n/shwnws.asp?CnlID=10&id=0000132861_U6391O4Z58M3X62P9BHQK
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