eMMC, UFS ve NAND: tasarımınız hangi depolamayı kullanmalı?

Depolama kararı genellikle bir kez, projenin başında verilir ve ürünün tüm ömrü boyunca onunla yaşanır. Sonradan değiştirmek kart revizyonu, yeni bir önyükleme yapılandırması ve baştan bir yazılım doğrulama kampanyası anlamına gelir.

Çoğu gömülü tasarımı üç seçenek kapsar: ham NAND flash, eMMC ve UFS. Bunlar bir hız skalasındaki üç noktadan ibaret değildir. Flash'ı kimin yönettiği, işlemcinin onunla nasıl haberleştiği ve bir blok sonunda yıprandığında ne olduğu konusunda ayrışırlar.

Üç seçenek, her biri bir paragraf

Ham NAND çıplak flash kalemidir. Hata düzeltmeyi, bozuk blok yönetimini, aşınma dengelemesini ve dosya sistemini işlemci ya da işlemci içindeki bir denetleyici üstlenmek zorundadır. Gigabayt başına en ucuz, tasarımı en zahmetli seçenektir.

eMMC, NAND kalemini ve yönetilen bir denetleyiciyi standart paralel arayüzlü tek bir BGA paketinde birleştirir. Denetleyici bozuk blokları gizler, hata düzeltme ve aşınma dengelemesi yapar ve basit bir blok aygıtı sunar. Gömülü depolamanın belkemiğidir.

UFS ise ardıl mimaridir: aynı yönetilen denetleyici fikri, ancak seri, tam çift yönlü ve komut kuyruklamalı bir arayüzle. eMMC'nin birkaç katı veri aktarım hızı sunar; karşılığında daha yüksek fiyat ve daha zorlu kart tasarımı gereksinimleri vardır.

Temsili parçalar: yönetilen tasarımlar için KIOXIA 16GB eMMC, Samsung 64GB eMMC ve FORESEE 64GB eMMC; çalışma sıcaklık aralığı belirleyiciyse Micron industrial-temperature eMMC.

Karşılaştırma tablosu

eMMC ne zaman doğru cevaptır

eMMC endüstriyel ve gömülü tasarımlar için varsayılan seçenek olmayı sürdürüyor ve bunun nedeni hız değil. Nedeni, basit bir arayüz, yönetilen bir flash yığını ve çok geniş bir tedarikçi tabanının bir arada olması.

1. İşlemcide eMMC arayüzü var ve flash sürücüsü yazmak istemiyorsunuz

Endüstriyel ürünlerde kullanılan SoC'lerin çoğu doğrudan eMMC'den önyüklenir. İşletim sistemi bir blok aygıtı görür, üzerine dosya sistemi konur ve tasarım tamamlanır. Hata düzeltme ayarı yok, bozuk blok tablosu yok, doğrulanacak aşınma dengeleme kodu yok.

2. Aynı soketi birden çok tedarikçi besleyebilmeli

eMMC, belirli bir paket ve top yerleşimi için farklı tedarikçilerin ürünlerinin pin uyumlu olmasını sağlayacak kadar standarttır. Yine de kalifikasyon gerekir; ancak on yıl ömürlü bir ürün için üç kaynak bulunması, ham NAND'ın nadiren sunduğu ve UFS'nin çoğu zaman sunmadığı ticari bir avantajdır.

3. Uygulama saniyede birkaç yüz megabayttan azına ihtiyaç duyuyor

Kontrol panelleri, veri kaydediciler, ağ geçitleri, motor sürücüleri, tıbbi cihazlar ve satış noktası terminalleri eMMC bant genişliğini neredeyse hiç doyurmaz. Bu ürünler için UFS almak, ürünün kullanamayacağı performansa para ödemek demektir.

4. Endüstriyel sıcaklık sınıfı ve uzun yaşam döngüsü önemliyse

Endüstriyel ve otomotiv eMMC ürünleri, tanımlı uzun vadeli tedarik taahhütleriyle genişletilmiş sıcaklık sınıflarında sunulur. Bu bileşimi eMMC'de güvence altına almak, amiral gemisi telefon döngüleriyle hareket eden UFS pazarına göre çok daha kolaydır.

UFS ne zaman doğru cevaptır

UFS maliyetini, veri aktarım hızı, karışık yük altındaki gecikme veya eşzamanlılık ürünü gerçekten sınırladığında hak eder.

• Yüksek çözünürlüklü video kaydı veya oynatma uçta; sürekli yazma bant genişliğinin darboğaz olduğu yerlerde.
• Uçta makine görüsü ve yapay zekâ çıkarımı; modellerin ve görüntü tamponlarının sürekli okunduğu ve depolamanın hızlandırıcıya yetişmesi gereken yerlerde.
• Çok uygulamalı cihazlar aynı anda birkaç veri akışına hizmet etmek zorundadır; komut kuyruklama, tepkisel bir sistem ile takılan bir sistem arasındaki farktır.
• Depolamanın aynı zamanda kullanıcı deneyimi olduğu ürünler; operatörün gözü önünde açılan ve veri kümelerini yükleyen el tipi cihazlar gibi.

Maliyetler gerçek: UFS dikkatli empedans kontrollü yönlendirme, bir referans saat ve arayüzü destekleyen bir SoC gerektirir. Ayrıca tasarımı, seçtiğiniz kapasiteyi ve sınıfı hâlâ üreten tedarikçilere daha sıkı bağlar.

Ham NAND ne zaman hâlâ mantıklıdır

Ham NAND iki durumda varlığını sürdürür: çok yüksek hacimde aşırı maliyet baskısı ve SoC'de olgun bir donanım NAND denetleyicisi bulunup ürün yazılımı ekibinin bunu yönetmekte rahat olduğu tasarımlar.

Gizli maliyet konusunda gerçekçi olun. Hata düzeltme gücü kalem nesline uygun olmalı, bozuk blok yönetimi güç kesintisini atlatmalı ve aşınma dengelemesi doğrulanmalıdır. Bu gereksinimler kalem daha ucuz olduğu için ortadan kalkmaz.

Dayanıklılık: bileşen nasıl boyutlandırılır

Dayanıklılık, programlama ve silme çevrimleriyle ya da tüm aygıt için yazılan terabayt cinsinden ifade edilir. Boyutlandırmada önemli olan toplam kapasite değil, günlük yazma hacmidir.

1. Normal çalışmada günde yazılan bayt miktarını tahmin edin; günlükleri, veritabanlarını ve geçici dosyaları dâhil edin.
2. Dosya sisteminin ve uygulamanın yazma deseninin getirdiği yazma çoğalmasını ekleyin.
3. Ürün yazılımı güncelleme yolunu ekleyin: büyük bir bölümü yeniden yazan bir güncelleme, ömür bütçesinin önemli bir bölümünü tüketir.
4. Beklenen gün cinsinden hizmet ömrüyle çarpın, ardından tezgâh davranışından farklı saha davranışı için bir güvenlik katsayısı ekleyin.

Saniyede bir günlük dosyası yazan bir tasarım, aynı toplam hacmi büyük ve seyrek bloklar hâlinde yazan bir üründen çok daha hızlı yıpratır. Yazma deseni, yazma hacmi kadar önemlidir.

Sahada ortaya çıkan hatalar

• Kontrolsüz güç kesintisi. Yazma sırasında ani güç kesilmesi, yönetilen depolamada bozulmuş dosya sisteminin en yaygın nedenidir. Ya kontrollü kapanış için tasarlayın ya da güç kesintisini sağlam yöneten bileşenler seçip bunu doğrulayın.
• eMMC'yi yıpranmaz sanmak. Yönetilen flash da sonlu bir ömre sahiptir. Yıllarca kesintisiz günlük yazmak bu ömrü tüketir.
• Kapasiteyi yalnızca fiyata göre seçmek. Daha büyük kapasite aşınmayı daha çok bloğa yayar; bu nedenle biraz daha büyük bir bileşen, daha ucuz ve küçük olanından daha uzun yaşayabilir.
• Sıcaklık sınıfını görmezden gelmek. Muhafaza içinde iç sıcaklığı 70 °C'ye ulaşan ticari sınıf depolama, belirtilen dayanıklılığı karşılamaz.
• Doğrudan muadilin gerçekten doğrudan olduğunu varsaymak. Aynı kapasite ve pakete sahip iki eMMC bileşeni, önyükleme bölümü davranışı, zamanlama ve güç verilme gereksinimleri bakımından farklılık gösterebilir.

Kısa bir karar yolu

1. İşlemci UFS destekliyor mu ve uygulama gerçekten kabaca 300 MB/s'den fazlasına ihtiyaç duyuyor mu? İkisinin yanıtı da evet ise UFS'i değerlendirin.
2. Ürün orta düzey bant genişliğinde birden çok kalifiye kaynak ve uzun bir yaşam döngüsü gerektiriyor mu? Evet ise eMMC'yi seçin.
3. SoC'nin NAND denetleyicisi olgun mu, ürün yazılımı ekibi deneyimli mi ve hacim kalem maliyetinin baskın olacağı kadar yüksek mi? Evet ise ham NAND savunulabilir.
4. Her durumda, kapasiteyi sabitlemeden önce dayanıklılığı gerçek günlük yazma hacminden hesaplayın.

Nasıl yardımcı olabiliriz

İhtiyacınız olan kapasiteyi, sıcaklık sınıfını, paketi ve arayüzü bize iletin; tedarik edebileceğimiz bileşenler ve stok durumlarıyla dönüş yapalım. Üretimi durdurulmuş bir bileşeni değiştiriyorsanız orijinal numarayı ekleyin; yalnızca kapasiteyi değil, paket ve önyükleme uyumluluğunu da kontrol ederiz.

Üretim planlaması için yıllık hacmi ve hedef hizmet ömrünü bize bildirin. Depolama, doğru cevabın yalnızca veri sayfasına değil yazma desenine göre değiştiği ender bileşenlerden biridir.