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Counterpoint:2025年移动设备的NAND闪存消耗量将是2021年的三倍

近日,Western Digital赞助Counterpoint发布了一份白皮书,调研了不同5G移动应用的存储需求。本白皮书旨在帮助移动设备制造商了解5G应用对存储的需求,并阐述各类存储的特点和差异。

5G增加了存储的复杂程度,因为每台移动设备生成和消耗的数据量都是当前设备的数倍。更高的5G吞吐量催生更丰富的内容流。更高级的AI应用进一步增加了存储的复杂程度。在设计的早期阶段就考虑存储需求可提高5G移动设备的性能,并从众多竞争产品中脱颖而出。

5G移动设备的主要存储趋势:

  • 提高顺序读取/写入速度和带宽性能
  • 容量扩展至256GB、512GB,甚至更大
  • 降低成本,包括3D NAND、TLC、QLC
  • 提升控制器在架构、寿命、损耗均衡、预留空间方面的表现
  • 嵌入式存储接口,包括UFS 2.1、UFS 3.x、UFS4.x和PCIe
  • 更高的可靠性,延长设备的使用寿命

5G推动的关键移动设备包括智能手机、联网PC、平板电脑和独立的扩展现实(XR)头戴式显示器(HMD)。这些设备都对存储有不同的要求。很多设备还将推动新的用例,带来更多的服务收入,如下图所示:

存储厂商的机遇

虽然eMMC 5.1仍能满足部分设备最初从4G迁移到5G的需求,但是UFS接口数据吞吐量高,更适用于大多数5G设备。联网PC同时需要UFS存储和PCIe SSD,而其他设备更适合将UFS作为主要的存储接口。

从封装的角度来看,MCP解决方案仅在中低端智能手机市场占据主导地位。高性能移动设备的系统设计人员更青睐层叠封装(PoP)解决方案,该方案包括低功耗DRAM和分立式UFS或eMMC。由于应用处理器(AP)可以在高频下直接与低功耗DRAM通信,减少了AP和RAM通信信号的干扰,因此PoP解决方案可以提供比MCP解决方案更好的性能。

从性能的角度来看,eMMC经过多年的发展已经成为主流的移动应用数据存储。但是,由于eMMC使用的是8位并行接口,传输速度已经达到极限,而UFS的串行接口和全双工数据传输协议能提供2-4倍于eMMC并行8位接口的峰值带宽,因此UFS有望成为5G时代的主流接口。UFS 2.x和UFS 3.x的最大传输速率分别可以达到11.6Gbps(1450 MB / s)和23.2Gbps(2,900 MB / s),均高于eMMC 5.1的最大传输速率3.2Gbps(400 MB / s)。未来的UFS 4.x传输速率会更快。

5G承诺会提供更高的Gbps吞吐量,而eMMC已经无法满足联网PC、XR设备、智能手机和平板电脑等5G移动设备的要求,相比之下,UFS接口更能满足这一需求。此外,在待机模式下,UFS的功耗与eMMC不相上下,而在运行模式下,UFS的功耗高于eMMC,但可以快速传输更多数据,更早返回到空闲状态。因此,UFS的总体功耗要比eMMC低得多,可以为电池供电的IoT应用节省电量。此外,UFS还能提高整体系统性能,带来更好的用户体验,是5G移动设备的首选内存存储接口。

与5G的传输速率1-10 Gbps相比,4G LTE的理论传输速率可以超过1Gbps,但多数情况下实际速率仍低于500Mbps。而5G XR、在线游戏和8K视频需要的传输速率高达6 Gbps,因此UFS才是这些应用的首选接口。

结论与建议

  • UFS是最适合5G移动设备的接口,更快的传输速度和响应速度可以满足5G时代即时启动、快速启动、多任务处理和多进程处理的需求。此外,UFS耗电量更低,可以延长电池寿命。
  • 5G的大带宽和低延迟将推动移动游戏流强劲增长。内容提供商需要了解5G的功能、要求和局限性,并设计高质量的手机游戏,通过云流带到设备上。
  • NAND闪存的价格正在下降。但是,5G设备需要高性能的存储解决方案。移动设备制造商必须了解各类闪存的特点,才能挑选出最合适其应用性能要求的存储器。
  • 要在5G时代取得成功,闪存制造商就必须了解这些5G设备对存储的需求和影响,清楚各种应用的市场潜力,才能提供正确的解决方案。

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