随着设计师在终端用户之所需和实际设计之所能之间竭力取得平衡,手机的样式年年都在变化。许多折衷因素必须加以考虑,其中包括性能和特性与价格、体积和电池寿命之间的平衡。
某些折衷在手机的存储子系统中进行。在设计存储系统时,设计师必须决定采用哪种类型的存储器？容量多大？哪种封装最合适？是采用内置还是外部存储器？在总线设计中,如何寻址这些存储器？
“在许多情况,选择可拆卸存储器还是固定存储器由运营商决定,”ADI业务拓展总监Doug Grant表示,“某些运营商只要求你从其网络中就地取材,因此,他们要求你提供的唯一接口是连至其网络的,这样他们就可根据流量收取费用。但随着连接能力的增强,这种情况在开始发生改变。”
主流手机市场上的存储子系统由基带芯片加多芯片封装(MCP)存储器构成,MCP内包括存储操作系统的闪存裸片。伪SRAM(PSRAM,基本上是包裹着SRAM的DRAM)正在取代许多设计中典型的SRAM。从接口角度看,它看起来是SRAM,但从技术角度看,它是DRAM。
设计师能选用NAND或NOR闪存、SRAM、PSRAM和低功耗DRAM等等。PSDRAM是一种更新的技术,Micron就提供一款专为手机特别是低端产品而设计的版本——CellularRAM,它用伪静态RAM(PSDRAM)代替标准RAM。其好处在于PSRAM基于双晶体管单元架构,该架构比传统的6晶体管单元架构SRAM成本更低。
芯片式存储器的技术革新
CellularRAM的优良特性之一是其与传统处理器和总线架构兼容,所以它能容易替换手机NOR总线上的传统SRAM。其密度开始接近128和256Mb。目前,该器件有16、32和64Mb三种规格。通过多路复用地址和数据总线,降低了芯片管脚数。这种方式还降低了成本。
“我们现正与JEDEC一道将该技术纳入实施标准化的过程,”Micron移动存储器部门资深营销总监Achim Hill介绍说,“另外,CellularRAM工作组成员已增加至6名:英飞凌、Hynix、Cypress、华邦、NanoAmp和Micron。”
去年11月,Micron宣布与英特尔达成协议,将共同组建一个制造NAND闪存的新公司,新公司将只为美光和英特尔供货。该公司名为IM Flash Technologies LLC,“新公司整合了美光的NAND技术研发特长、高效的生产运作能力以及英特尔的多级单元(MLC)闪存技术,”有关声明称。
在另一项声明中,英特尔和ST这两家公司表示将联手开发一种通用的NOR闪存子系统。英特尔和ST在努力降低手机OEM的研发成本并使他们以更快速度推出功能丰富的手机。英特尔和ST希望简化手机存储系统设计,基于通用规格,它们将提供软硬件兼容的存储器产品。
图1:三星的OneNAND技术实现了智能存储器接口
在另一个联合开发项目中,M-Systems和Spansion(AMD和富士通联合成立的闪存公司)达成协议:联合开发整合M-Systems的闪存管理和逻辑知识产权(IP)和Spansion的MirrorBit闪存技术的产品。作为该协作的一部分,Spansion的MirrorBit技术将与M-Systems的技术一起使用,M-Systems的技术包括TrueFFS闪存管理软件、SuperMAP密码核、安全IP和一些先进接口。这两家公司表示,这种技术整合将简化先进、拥有丰富多媒体功能的手机设计。
手机集成的多媒体特性是推动最新存储技术发展的主要动力。在不远的将来,用户不仅可期望通过手机看电视而且还是高清电视,它是目前游戏和视频的延伸。
设计师的选择之一是将全部所需的存储器整合进单一芯片或一个堆叠的模块内,最起码RAM可采用这种方式。堆叠DRAM所获有限,主要是因为由于多种原因而难以获得经验证良好的(known-good)DRAM裸片,另外,这些产品也难以测试。最终的存储器模块被称为系统级封装(SiP)或芯片大小的封装。除了存储器之外,SiP通常还包括某些逻辑功能,故得名“系统”。
Inapac Technology以一种低成本、大容量方式专攻SiP和MCP市场。该公司业已证明:即使采用标准设备它也可制造具有成本效益的SiP,且不会降低应用的可靠性或增加成本。另外,Inapac无需为前端老化实验(burn-in)使用专门测试仪。
“我们拥有省去老化实验步骤的IP,所以我们能有效地对晶圆等级进行分类并提供经验证良好的裸片,”Inapac营销副总裁Naresh Baliga表示,“且该方法无需添加任何额外管脚。这样,仍可保持存储系统的纤小封装。”
在外接存储器卡市场,同几年前一模一样,消费者被搞得眼花缭乱。卡的品种样式仍在增加,包括:SD、miniSD、microSD、记忆棒(Memory Stick)、MMC、MMC Mobile等等。
“但在美国,运营商钟爱没有外接卡的手机,”英飞凌负责闪存产品的高级营销经理Eugene Chang表示,“他们已做了让步,在电池背后装上了一块microSD卡,这样用户无法轻易拆卸。这些运营商们更愿意让用户的手机通过网络下载和上传数据。”
在欧洲,miniSD以及“非瘦身”卡正在流行。中国的情况也一样。这些卡在美国以外地区普及的最大原因是这些地区的运营商不像美国运营商那样强势。
手机用NAND闪存正变得日益丰富多彩、也更复杂。M-Systems通过采用嵌入式闪存驱动概念使情况得以简化。采用该公司的H3方案,设计师不需为存储器本身担心,他们只需考虑存储器控制器。换句话说,H3将控制器从存储器剥离开,从而允许设计师几乎可以选用任何种类的NAND。“人们真的无需操心闪存本身,”M-Systems的Arie Tal表示,“他们只知道需要搞定控制器。我们为他们提供软件,他们将软件整合进去,软件将负责寻址存储器。”
H3 DiskOnChip方案包括全部必需的闪存管理,且是可引导的。除非需要某些高级特性,存储器子系统不需要额外整合软件。
“旋转式”媒体的前景如何？
硬盘可能会在移动手机中找到一席之地,最起码可用于一些细分市场。虽然与基于闪存的方案相比,它们提供的容量大得惊人,但在体积、功耗和可靠性方面还存在某些不足。硬盘这种“旋转式”媒体为设计师设计存储子系统时,提供了比闪存容量更大的一种选择。这种媒体被逐步推广,满足用户对存储音频、图像和视频文件的需求。
目前的1英寸硬盘可宽松地置入手机,6GB容量开始流行,8GB的版本也已有样品推出。如用户愿意接受稍大些的体积,则容量可显著增至40GB。至于业界关注的数据读写性能,对于微型硬盘来说这不是个问题。
三星是闪存制造的行业领袖之一。利用该公司的OneNAND技术,设计师能使用其现有芯片组的NOR接口直接与NAND闪存连接,从而省去了一片独立NAND器件。另外,OneNAND据称比单独NOR闪存具有更快的读写速度。
“我们认为闪存相比‘旋转式’媒体有许多优势,例如低工作电压。另外,我们的密度每年都翻番,”三星半导体资深战略营销经理Anu Murthy表示,“从价格角度,在一定密度以内,我们能与‘旋转式’媒体一争高下。我们不会马上达到60GB,我们也不认为手机存储器容量已有此发展苗头,特别是在短期内。”
图2:IDT的三端口存储器模块无需电压转换器就可直连应用
此外,IDT的三端口(Tri-Port)器件系列值得一提,它们可实现同时访问存储器。该系列包括三款成员:其中,70V525M和70P525M的内核和I/O工作电压分别为3.0和1.8V。第三款70P5258M的三个I/O端口支持3.3、3.0、2.5和1.8V,其内核电压是1.8V。该功能使设计师采用该三端口器件,无需外接电压转换器,就可与眼下及未来的针对各种应用和不同电压的基带处理器连接。
作者:瑞时
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