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USB 3.0 U盘与eMMC的市场发展趋势

编辑:Helan 发布:2012-08-30 09:04

随着NAND Flash记忆体单位成本不断下降,以及高效能/主流/入门市场UFD容量需求的向上挪移,如何使用目前最具备单位容量成本竞争力的TLC NAND记忆体,同时发挥USB 3.0高速传输的效益,随身碟控制器厂商开发出以USB 2.0 UFD成本结构、设计相同,可搭配TLC且提供高容量、高性价比的USB 3.0 UFD解决方案,同时针对eMMC的发展趋势提出对应的产品。
 
U盘的市场区分与USB 3.0方案的导入
银灿科技(innostor)副总经理詹政峰指出,随着NAND Flash容量增加与单位成本的下降,在2010年高阶效能UFD(USB Flash Drive)容量为32GB,主流UFD为8~16GB,低于10美元的入门市场为4GB,2GB以下为礼品市场。2011年高阶效能UFD为64GB,主流UFD为16~32GB,入门市场为8GB,4GB以下为礼品市场。预料2012年高阶效能UFD容量为128GB,主流UFD为32~64GB,入门市场UFD普遍为16GB,8GB与4GB以下则为礼品市场。
以1CH、2ynm甚至1xnm的 TLC记忆体组合来看,4GB容量(32Gb Die,SDPx1)的循序读、写为60、7MB/s,8GB(64Gb Die,SDPx1)则为60、6MB/s,16GB(64Gb Die DDPx1, SDP x2, 128Gb SDPx1)循序读、写为80、10MB/s,32GB(64Gb Die QDPx1, DDP x2, 128Gb DDPx1, SDPx2)循序读、写为80、20MB/s,主流效能的64GB (64Gb Die QDPx2, 128Gb Die QDPx1,DDPx2)与128GB容量(128GB Die QDPx2)的循序读、写速度都可达到80、30MB/s;若搭上USB 2.0的UFD控制器,则循序读、写速度仅20 ~ 25 MB/s、3~7MB/s。
银灿提出弹性化单通道配置(Flexible 1 Channel Configuration)设计,PCB大小仅14 x 33mm,且不含Flash的BOM表成本仅0.6美元。他也展示以各种单通道TLC Flash矽晶组合下,Crystal DiskMark v3测试的循序读取速度可达到64~65、76、82.4MB/s,写入速度达到10.28~35.39MB/s,4K QD随机读取速度在3.711~5.358MB/s,4K QD随机写入速度在0.113~0.255MB/s。目前USB 3.0 COB UFD尺寸,可以做到跟USB 2.0 COB UFD一样的11.3mm x 24.8mm,仅厚度略增为2mm。银灿针对1CH MLC/TLC入门COB以及2CH MLC高效能COB,提出了超过30种COB基板解决方案。并通过各式Intel/AMD南桥主控与多家USB 3.0主控晶片的验证。
以成本╱效能做USB 3.0 UFD市场规划
目前1CH MLC循序读取速度达70~110MB,写入速度则是12MB * CE# 数(例如4CE颗粒就是48MB/s),而1CH TLC循序读取速度达55~100MB/s,写入速度为5MB * CE#数(例如4CE颗粒就是20MB/s)。采2CH MLC的循序读取速度150~280MB/s,循序写入速度为12/20MB * CE#*2ch数(例如2CH 2CE颗粒就是48~80MB/s);而2CH TLC循序读速度达140~220MB/s,循序写可达5/7MB * CE# * 2ch(例如2CH 4CE颗粒就是40~56MB/s)。在市场比较注重写入速度下,可藉由较高CE#的颗粒与双通道搭配,提升产品的写入速度。另外采较高DDR时脉的NAND Flash颗粒,可以增加读取速度,但相对的整个UFD功耗也跟着提升,设计者在效能与功耗上必须做取舍。
银灿对USB 3.0 UFD市场规划上,大于128GB的UFD属顶级市场,而循序读>200MB/s、写80~150MB/s定位在高阶市场,仅需使用2CH MLC 4~8Die即可达成;循序读80~200MB/s、写30~80MB/s定位在中阶市场,仅需搭配1CH 4Die 或2CH 2Die MLC/TLC颗粒即可达成;循序读50~100MB/s、写5~30MB/s则定位主流市场,仅搭配1CH 1~2Die MLC/TLC颗粒即可;USB 2.0 UFD仅在极低成本的礼品市场上存活。
应用于WTGUFD加速方案
詹政峰提到微软Windows 8提供了WTG(Windows To Go)的应用,做为课程训练、资讯站(Kiosk)、学校、网路咖啡店与实验室装置的启动应用,使这些数位装置无须硬碟,能直接以随身碟开机运作。要启用WTG,UFD容量至少要32GB,安装完OS之后须预留8GB空间做为磁碟快取,另外装置不支援USB Attach SCSI Protocal(UASP),且随机4KB Read IOPS大于2,000,而随机4KB Write IOPS大于200,UFD的随机读写IOPS数值,是用户操作体验的关键。
他指出当前许多32GB USB 3.0 UFD可轻易达到40 ~ 100 MB/s循序写入速度,但是导入用户体验,像是复制、播放MP3音乐档案时,传输效能降到15~24MB/s,这是因为低价随身碟架构上,其随机读写效能普遍都太慢;若采用类似SSD的方案来设计,随机档案读写效能虽然改善,但用户不一定能接受这多出来的成本。
银灿科技开发出效能强化软体AI Copying Boost,原本IS916 UFD复制1,000个4KB档案需时13秒,复制1,000个1MB档案需82秒,启用AI Copying Boost软体后,复制时间降为2秒、66秒,跟一般USB外接SSD复制时间3秒、72秒相比,两者复制效能在伯仲之间甚至更快。以Crystal DiskMark v3.0测试,原始IS916 UFD循序读、写取速度为149.7、45.55MB/s,4K QD32为7.852、0.174MB/s;以AI Copying Boost进行软体优化后,循序读、写取速度提升到176.2、50.59MB/s、特别4K与4KQD32随机写入速度提升为48.48、49.11MB/s,较原先提升了270倍,提供了进入Windows 8环境下,无停滞的畅快操作体验。
eMMC的技术及市场趋势
银灿科技副总经理魏智泛,提到MMC是JEDEC所订立,采用多晶片封装(MCP)将Flash Memory和Controller控制晶片包装在一颗BGA封装内。eMMC适用于嵌入式系统产品,特别以手机产品为大宗。MMCA与JEDEC组织于2006年宣布eMMC商标与规范定义,在2008年公布eMMC v4.3规格,该年MMCA亦并入JEDEC组织;2009年eMMC v4.4追加DDR50、BGA封装与编码防护,2010年eMMC v4.41追加了HPI介面与背景操作;2011年UFS 1.0与eMMC v4.5规格出现,后者追加HS200等多项功能;在2012年eMMC v4.51仅有少许更动,同年将推出UFS 1.1规格。
eMMC多应用于像是手机、平板等嵌入式系统,厂商无须因为NAND Flash供应商或制程世代的不同,而去重新设计并解决NAND Flash相容性问题。把eMMC晶片放入手机,可缩短新产品的上市周期和研发成本,加速产品的推出速度。跟SDA协会的eSD规格相比,eMMC还具备了还有三大优点:1.将Boot做法规格化,解决Boot的相容性问题。2.在现有parallel interface情况下,提供两倍快的效能。3.eSD和SD卡一样要收6%权利金,eMMC则免费。他认为eMMC是一个很好的解决方案,来处理NAND Flash相容性问题。
目前eMMC规格已发展到eMMC v4.5,追加了像Extended Partition、RTC 与Discard等功能,未来会由UFS (Universal Flash Storage)标准来接棒。UFS规格主要诉求是更快传输速度,更低功耗,以期望陆续获得各手机大厂或是平板电脑大厂的认证。目前市场对eMMC的应用,以ARM Based+Android OS的平板╱智能手机,ARM Based的Windows RT平板╱智能手机,Intel Medfield+ Android OS的平板╱智能手机,均支援eMMC而不使用Flash与SATA介面。
而苹果A5/A6+iOS平台,仅采用单一Flash介面,而不使用eMMC或SATA介面,而Intel x86+Windows 8或Intel x86+iOS平台则使用SATA介面,而不使用eMMC或单一Flash介面。他认为eMMC已涵括大部分Consumer的要求,再加上Intel与Microsoft的支持,将会是未来业界共通的标准。可期待eMMC出货量逐年的成长,同时在Flash制程演进下,eMMC要支援最新的Flash,并且寿命不能打折。eMMC与eMCP将会同时并存于市场。
银灿eMMC产品规划
魏智泛介绍银灿eMMC产品规划时程表,2012年Q3将以130nm制程推出支援eMMC 4.5、19nm MLC,采单矽晶堆叠的IS510 eMMC晶片;随后将在Q4推出支援19nm MLC的多矽晶堆叠的IS511 eMMC晶片;2013年Q3将以65/55nm制程技术,支援1ynm MLC/TLC与BCH/LDPC解码的IS521 eMMC晶片;2014年下半则会推出支援UFS 1.0规格、高速Toggle 2.0 / ONFI 3.0工作模式的1ynm MLC/TLC记忆体矽晶,与BCH/LDPC解码的IS551 eMMC晶片。
目前IS510 eMMC已经送样,采12mm x16mm BGA169封装,内嵌19nm MLC(6DCJ) 64Gbit矽晶,提供SDR50与HS200 eMMC工作模式,并通过HS200高速读卡机的读写验证。Crystal Diskmark v3测试出循序读、写速度为79.4、12.33MB/s,4K随机读、写速度为12.71、3.11MB/s。
IS510在配置Toshiba 19nm 6DCJ x1die,Win7环境跑IO Meter选100MB区块做平均3分钟读写测试,4K随机读取2,650IOPS、4K随机写入750IOPS的效能;若以相同配置x1/x2/x4 6DCJ Die,Win7环境以IO Meter选择1GB区块做平均3分钟读写,IS510的4K随机读取约3,000IOPS、4K随机写入为140 x Die数(如4die为560),也胜过 S公司同样1CH 2 Die配置的eMMC产品。整体说来IS510能较竞争对手产品,在随机读取效能提升200%,随机写入效能提升150%。
Q4推出的IS511,搭三星K9GCGD8U0A,与S公司同样配K9GCGD8U0A的eMMC产品相比,IS511 32GB(x4 GCG)的4K随机写入IOPS为580.6,4K随机读取IOPS为2472,超过S公司32GB(x4 GCG) 的表现;均符合Windows To Go(WTG)的4K随机写200以上。4K读取IOPS大于2,000的效能规范。

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