嵌入式存储芯片、性能、协议及发展分析

嵌入式存储芯片、性能、协议及发展分析

李修录 朱小聪 

 深圳市安信达存储技术有限公司    

摘要：在计算机技术的推动下，嵌入式计算机的作用是益突出，应用也越来越广。嵌入式存储芯片作为核心重要部件也被更多的设计工程师采用，嵌入式存储芯片由于具有“小体积、大容量、高速度、低功耗”的特点,增强的数据可靠性，容易设计和量产，在各类嵌入式计算机和智能设备中得到了广泛应用和快速发展。本文对嵌入式存储芯片的性能、协议及发展进行了分析。本文探讨了嵌入式存储芯片在未来的发展趋势，包括在新兴领域的应用、高速和大容量存储技术的发展以及对安全性的要求提升等方面的变化。此外，本文还介绍了目前主流的嵌入式存储芯片协议，包括PATA、SATA、NVME、eMMC和UFS等，并对其特点进行了详细解析。最后，本文总结了嵌入式存储芯片的国内发展前景与挑战，预测了其未来的国产化发展趋势，为相关领域的研究和应用提供了参考。

关键词：嵌入式存储芯片；性能；协议；发展；自主可控；国产化

嵌入式计算机的广泛应用，使得嵌入式存储芯片逐渐成为各类智能设备中不可或缺的一部分。相较于传统存储设备，嵌入式存储芯片具有小巧、高效、低功耗等优点，因此在智能手机、平板电脑、智能手表、智能家居等设备中得到了广泛应用。随着科技的不断发展和智能设备的不断升级，人们对嵌入式存储芯片的性能和体验要求也越来越高。本文将对嵌入式存储芯片的性能、协议及发展进行分析，探讨其在未来的发展趋势。
1嵌入式存储芯片的协议

1.1 PCIe NVME 协议(2.0 3.0  4.0  5.0  6.0… )

嵌入式存储芯片通常使用各种协议进行数据传输和通信。其中，PCIe NVMe（Peripheral Component Interconnect Express Non-Volatile Memory Express）协议是一种广泛应用于嵌入式存储芯片的高性能存储接口协议。该协议的不同版本（如2.0、3.0、4.0、5.0、6.0等）提供了不同的性能和功能特性。PCIe NVMe协议是为固态存储器（如闪存）设计的一种高速数据传输协议。它利用PCIe总线提供的高带宽和低延迟特性，实现了与主机系统之间的快速数据交换。NVMe协议在传输层和命令集定义了一系列的规范，以确保高效的数据传输和存储性能。随着技术的发展，NVMe协议的不同版本不断推出，每个版本都带来了更高的传输速度和改进的功能。例如，PCIe NVMe 2.0提供了高达8 GT/s的数据传输速度，而PCIe NVMe 3.0将速度提升到了16 GT/s。PCIe NVMe 4.0进一步提高了速度，达到了每通道64 GT/s的传输速率，并引入了一些新的功能，如命名空间多路复用和错误恢复等。PCIe NVMe 5.0和6.0则继续提高了传输速度和性能，为存储系统提供了更高的吞吐量和更低的延迟。通过采用PCIe NVMe协议，嵌入式存储芯片可以实现更高的性能和更低的延迟，提供更快的数据传输速度和更高的存储容量。这使得嵌入式设备能够更高效地进行数据存储和访问，满足现代应用对存储性能和容量的需求。

1.2 SATA协议 （SATAII ,SATAIII）

SATA协议的不同版本包括SATA II（也称为SATA 3Gb/s）和SATA III（也称为SATA 6Gb/s）。这些版本代表了协议的不同标准和传输速率。SATA II（SATA 3Gb/s）是SATA协议的第二个版本，提供了最高传输速率为3 Gbps（约为300 MB/s）。它在数据传输速度上比早期的版本有所提升，使得存储设备能够更快地读取和写入数据。SATA III（SATA 6Gb/s）是SATA协议的第三个版本，提供了最高传输速率为6 Gbps（约为600 MB/s）。相比于SATA II，SATA III的传输速度翻倍，进一步提升了数据传输的性能。这使得存储设备能够更快地处理大容量文件、高清视频和其他大型数据文件。在选择SATA协议的版本时，需要考虑存储设备和主板之间的兼容性。如果存储设备支持SATA III，并且主板也具备SATA III接口，那么使用SATA III协议可以获得更高的传输速度和性能。如果使用SATA II协议，传输速度将受到限制，无法充分发挥存储设备的潜力。

1.3 eMMC协议

eMMC是一种基于MMC标准的嵌入式存储芯片，它采用eMMC协议与主控制器进行通信。eMMC协议是一种并行通信协议，它可以通过MMC总线与主控制器进行通信。eMMC协议支持高速数据传输，最高传输速率可以达到400MB/s，因此可以满足高速数据传输的需求。与SD卡协议不同，eMMC协议是一种并行通信协议，它可以在8位或16位总线上进行数据传输，因此具有更高的传输速率和更大的数据传输带宽，能够满足更高速的数据传输需求。eMMC协议还支持高速模式和低速模式等多种数据传输模式，在不同的应用场景下可以根据需要选择和切换，以满足不同的数据传输需求。除了高速数据传输之外，eMMC协议还具有其他优点，例如它可以支持多种闪存芯片，包括MLC、TLC和3D NAND等，而且它还具有更高的可靠性和更长的寿命，可以满足各种嵌入式设备的存储需求。同时，eMMC协议还支持高级别的功能，例如TRIM命令、安全擦除等，以提高存储器的效率和安全性。

1.4 UFS协议

UFS是一种新型的嵌入式存储芯片，它采用UFS协议与主控制器进行通信。UFS协议是一种高速串行通信协议，它可以通过高速差分接口与主控制器进行通信。相较于之前的存储协议，UFS协议具有更高的传输速率和更低的延迟，最高传输速率可以达到11.6GB/s。这使得UFS可以满足高速数据传输和实时数据处理的需求，例如4K/8K视频播放和高速数据传输等。UFS协议的主要特点是高速串行通信和多种数据传输模式支持。UFS采用高速差分接口进行通信，通过多项技术手段提高传输速率和降低延迟。此外，UFS协议还支持多种数据传输模式，包括高速模式和低速模式等，可以根据不同的应用场景和需求进行选择和切换。在高速数据传输方面，UFS协议相较于eMMC和SD卡协议有明显的优势。UFS协议可以达到更高的传输速率和更低的延迟，可以满足高速数据传输和实时数据处理的需求。
2嵌入式存储芯片的发展

嵌入式存储芯片市场目前非常庞大，据市场研究公司预测，全球嵌入式存储市场规模将在2026年达到550亿美元以上。市场上主要的嵌入式存储芯片包括SD卡、eMMC、UFS等，其中UFS是最新的一种嵌入式存储芯片，具有更高的传输速率和更低的延迟，逐渐取代eMMC和SD卡成为市场主流。未来，随着5G、物联网、人工智能等技术的发展和应用，嵌入式存储芯片市场还将继续保持快速增长。嵌入式存储芯片将进一步普及和应用于各种物联网设备和智能终端，推动智能设备的不断发展和普及。

4结论
综上所述，嵌入式存储芯片是智能设备中必不可少的一部分。在嵌入式存储芯片的发展过程中，性能和协议是其发展的重要因素。随着智能设备的不断发展，嵌入式存储芯片市场将会持续扩大，未来嵌入式存储芯片的发展方向将是存储容量和读写速度的不断提高、芯片的耐久性和功耗的进一步降低、协议的不断更新换代以及芯片安全性的提高。发展嵌入式存储芯片需要注重技术创新和市场需求的结合，以满足各类智能设备的需求。
参考文献：

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[2] 陈思远，陈俊，卢志强. 嵌入式存储芯片的技术研究与发展趋势[J]. 微型电子技术，2018，44(3): 175-178.