صنعت ذخیره‌سازی به گونه‌ای تکامل یافته است که شامل طیف گسترده‌ای از محصولات حافظه می‌شود. در زیر برخی از انواع رایج حافظه و کاربردهای آنها آمده است:
🔹 NAND
حافظه فلش NAND نوعی حافظه غیرفرار است. این حافظه از یک مدل ماکروسل غیرخطی استفاده می‌کند و یک راه‌حل مقرون‌به‌صرفه برای پیاده‌سازی حافظه حالت جامد با ظرفیت بالا ارائه می‌دهد. حافظه فلش NAND مزایایی مانند ظرفیت بالا و سرعت بازنویسی سریع را ارائه می‌دهد که آن را برای ذخیره مقادیر زیادی از داده‌ها مناسب می‌کند. در نتیجه، در کاربردهایی مانند فلش درایوها، درایوهای حالت جامد، eMMC و UFS محبوبیت فزاینده‌ای پیدا کرده است.
بر اساس فناوری‌های مختلف پردازش، NAND از SLC اولیه به MLC، TLC، QLC و PLC امروزی تکامل یافته است.
رتبه‌بندی بر اساس سرعت و قیمت: SLC > MLC > TLC > QLC > PLC
رتبه‌بندی بر اساس ظرفیت: PLC > QLC > TLC > MLC > SLC
در حال حاضر، راهکارهای کاربردی اصلی TLC و QLC هستند. SLC و MLC در درجه اول کاربردهای نظامی و سازمانی را هدف قرار می‌دهند و سرعت نوشتن بالا، نرخ خطای پایین و دوام طولانی را ارائه می‌دهند.
فلش NAND همچنین می‌تواند بسته به ساختار مکانی خود به دو نوع اصلی طبقه‌بندی شود: دوبعدی و سه‌بعدی.
در زیر، وضعیت تولید انبوه محصولات فلش NAND سه‌بعدی توسط تولیدکنندگان اصلی تراشه NAND Flash آمده است:
🔹 DDR و LPDDR
DDR
DDR مخفف Double Data Rate Synchronous Dynamic Random Access Memory است. به طور دقیق، DDR را باید DDR SDRAM نامید، نوعی حافظه فرار. اگرچه JEDEC رسماً انتشار استاندارد DDR5 را در سال ۲۰۱۸ اعلام کرد، اما مشخصات نهایی آن تا سال ۲۰۲۰ نهایی نشد. هدف آن دو برابر کردن پهنای باند حافظه DDR4 است، از ۳۲۰۰ MT/s شروع می‌شود و به حداکثر ۶۴۰۰ MT/s می‌رسد. ولتاژ نیز از ۱.۲ ولت به ۱.۱ ولت کاهش می‌یابد که منجر به کاهش ۳۰ درصدی مصرف برق می‌شود.
LPDDR
در مقابل، LPDDR مخفف Low Power Double Data Rate SDRAM است و به معنی حافظه کم‌مصرف است. این نوع حافظه شاخه‌ای از DDR به شمار می‌رود و به دلیل مصرف پایین و ابعاد کوچک شناخته می‌شود.
- آخرین استاندارد: LPDDR5 که به عنوان حافظه اصلی در عصر 5G شناخته می‌شود.
- هرچند، در بازار فعلی همچنان LPDDR3 و LPDDR4X رایج‌تر هستند.
تفاوت بین DDR و LPDDR چیست؟
کاربردهای آنها متفاوت است. DDR با نرخ داده بالاتر، مصرف انرژی کمتر و چگالی بالاتر، به طور گسترده در محصولات هوشمند مختلف، از جمله تبلت‌ها، گیرنده‌های دیجیتال، لوازم الکترونیکی خودرو و تلویزیون‌های دیجیتال استفاده می‌شود. به خصوص در طول همه‌گیری، با افزایش دورکاری، کلاس‌های آنلاین و سرگرمی، تقاضا برای تبلت‌ها و جعبه‌های هوشمند به طور پیوسته افزایش یافته است و تقاضا برای عملکرد ذخیره‌سازی و پایداری DDR3 و DDR4 را افزایش داده است.
از سوی دیگر، LPDDR مصرف برق کمتری و اندازه کوچکتری نسبت به مدل قبلی خود دارد. این نوع تراشه در درجه اول در دستگاه‌های کم‌مصرف مانند لوازم الکترونیکی موبایل استفاده می‌شود. LPDDR و DDR ارتباط نزدیکی با هم دارند. به عبارت ساده، LPDDR از DDR، LPDDR2 از DDR2، LPDDR3 از DDR3 و غیره تکامل یافته است. با این حال، از نسل چهارم به بعد، این دو از هم جدا شده‌اند یا در جهات مختلفی توسعه یافته‌اند. این امر عمدتاً به این دلیل است که حافظه DDR با افزایش فرکانس هسته، عملکرد را بهبود می‌بخشد، در حالی که LPDDR با افزایش تعداد بیت‌های پیش‌واکشی، تجربه کاربر را بهبود می‌بخشد. علاوه بر این، از نظر تجاری‌سازی، LPDDR4 قبل از DDR4 در بازار مصرف عرضه شد.
🔹 eMMC و UFS
eMMC
- مخفف Embedded Multi Media Card
- از استاندارد MMC تبعیت می‌کند
- در قالب یک چیپ BGA ساخته می‌شود که شامل NAND Flash + کنترلر MMC است
داخل eMMC برای مدیریت حافظه، فناوری‌هایی وجود دارد از جمله:
- خطایابی و اصلاح خطا (ECC)
- مدیریت چرخه نوشتن و پاک کردن
- مدیریت بلوک‌های خراب
- حفاظت در برابر قطع ناگهانی برق
بنابراین کاربران نیازی به نگرانی در مورد تغییرات داخلی حافظه NAND ندارند.
مزایای eMMC:
- ساده‌تر شدن طراحی حافظه در گوشی‌ها
- سرعت ارتقاء بالا
- افزایش بازده توسعه محصول
به زبان ساده:
eMMC = NAND Flash + کنترلر + بسته‌بندی استاندارد
UFS
- مخفف Universal Flash Storage
- نسخه ارتقاء یافته eMMC
مزیت اصلی:
- eMMC فقط از حالت نیم‌دوپلکس (Half Duplex) پشتیبانی می‌کند → یعنی خواندن و نوشتن همزمان ممکن نیست.
- UFS از تمام‌دوپلکس (Full Duplex) پشتیبانی می‌کند → یعنی می‌تواند همزمان بخواند و بنویسد.
نتیجه: عملکرد دو برابر سریع‌تر نسبت به eMMC.
🔹 eMCP و uMCP
eMCP
eMCP یک استاندارد حافظه گوشی‌های هوشمند است که eMMC و LPDDR را در یک بسته ترکیب می‌کند. در مقایسه با MCP سنتی، eMCP دارای یک تراشه کنترل‌کننده فلش NAND داخلی است که بار محاسباتی روی تراشه اصلی را کاهش می‌دهد و به آن اجازه می‌دهد ظرفیت‌های حافظه فلش بزرگتری را مدیریت کند. از نظر طراحی، هر دو مفهوم حافظه تعبیه‌شده eMCP و eMMC برای نازک‌تر و کارآمدتر کردن گوشی‌های هوشمند طراحی شده‌اند.
- ترکیب eMMC + LPDDR در یک بسته‌بندی
- مزیت: کاهش بار پردازنده (چون کنترلر داخل خودش است) و مدیریت بهتر ظرفیت‌های بزرگ‌تر
- طراحی آن باعث می‌شود گوشی‌های هوشمند باریک‌تر و کم‌حجم‌تر ساخته شوند
- بیشتر در گوشی‌های اقتصادی و میان‌رده به کار می‌رود
uMCP
uMCP یک استاندارد حافظه گوشی‌های هوشمند است که UFS و LPDDR را در یک بسته واحد ترکیب می‌کند. در مقایسه با eMCP، uMCP داخلی عملکرد برتر، عملکرد بالاتر و صرفه‌جویی در مصرف برق را ارائه می‌دهد.
- ترکیب UFS + LPDDR در یک بسته‌بندی
- نسبت به eMCP عملکرد بالاتر و مصرف انرژی کمتر دارد
- مخصوص گوشی‌های 5G و محصولات جدیدتر
تا اینجا فهمیدیم eMMC یک تراشه فلش NAND و یک تراشه کنترل‌کننده را در یک بسته واحد ترکیب می‌کند، در حالی که eMCP یک eMMC و LPDDR را ترکیب می‌کند. برای تولیدکنندگان تلفن همراه، در این دوره بحرانی کمبود حافظه، که با چالش تأمین منابع DRAM موبایل و eMMC برای گوشی های تلفن همراه مواجه هستند. این بسیار چالش‌برانگیز است و eMCP را به راه‌حل ترجیحی برای اکثر تلفن‌های میان‌رده و پایین‌رده تبدیل می‌کند.
uMCP از روند توسعه UFS پیروی می‌کند و نیازهای تلفن‌های 5G را برآورده می‌کند.
گوشی‌های هوشمند رده بالا به عملکرد بالا نیاز دارند و به ارتباط فرکانس بالا بین CPU و DRAM نیاز دارند. بنابراین، طراحان تلفن‌های پرچمدار رده بالا ترجیح می‌دهند از یک بسته POP با CPU و LPDDR استفاده کنند. این امر طراحی مدار را ساده می‌کند، طراحی PCB را ساده می‌کند، تداخل بین سیگنال‌های ارتباطی CPU و DRAM را کاهش می‌دهد و عملکرد محصول نهایی را بهبود می‌بخشد. با این حال، این امر پیچیدگی و هزینه‌های تولید را نیز افزایش می‌دهد. توسعه تلفن‌های هوشمند 5G به تدریج از دستگاه‌های رده بالا به دستگاه‌های رده پایین نفوذ خواهد کرد و توسعه خواهد یافت. این امر همچنین تقاضای بیشتری را برای ظرفیت زیاد و عملکرد بالا ایجاد می‌کند.
نکته‌های تکمیلی
- در گوشی‌های پرچمدار، برای رسیدن به کارایی بالاتر، معمولاً CPU و LPDDR به صورت PoP (Package on Package) بسته‌بندی می‌شوند.
- این طراحی باعث ساده‌تر شدن مسیر PCB، کاهش تداخل سیگنال و افزایش کارایی می‌شود.
- البته سختی تولید و هزینه ساخت نیز بالاتر است.
UMCP ترکیبی از LPDDR و UFS است که نه تنها عملکرد بالا و ظرفیت بالایی را ارائه می‌دهد، بلکه در مقایسه با راهکارهای PoP + eMMC یا UFS گسسته، 40٪ کاهش در فضای اشغال شده را نیز به همراه دارد. این امر استفاده از تراشه حافظه را کاهش می‌دهد و طراحی سیستم انعطاف‌پذیرتری را امکان‌پذیر می‌کند و راه‌حل‌های ذخیره‌سازی با چگالی بالا و مصرف انرژی کم را برای طراحی گوشی‌های هوشمند امکان‌پذیر می‌سازد.
🔹 جمع‌بندی نهایی
eMMC = NAND Flash + کنترلر + بسته‌بندی استاندارد
UFS = نسخه پیشرفته eMMC با سرعت بالاتر و پشتیبانی Full Duplex
eMCP = ترکیب eMMC + LPDDR
uMCP = ترکیب UFS + LPDDR
نتیجه:
- eMMC: نیم‌دوپلکس، عملکرد متوسط
- UFS: تمام‌دوپلکس، سرعت و کارایی بالا
- eMCP: گزینه مناسب گوشی‌های میان‌رده
- uMCP: بهترین گزینه برای گوشی‌های 5G و هوشمند جدید
