2014年,三星S5和三星Note 4的銷量下滑讓三星敲響了警鐘,中低端手機(jī)的市場份額也被國產(chǎn)手機(jī)瓜分得所剩無幾,正當(dāng)消費(fèi)者紛紛揣測三星是否會走上諾基亞、Moto的舊路之 際,2015年,Exynos 7420、LPDDR4 RAM和UFS 2.0 ROM讓危機(jī)下的三星重新崛起。
在CES2015上,LG G Flex 2不僅全球首發(fā)了20nm工藝打造的Qualcomm驍龍810,還搭載了由SK海力士提供的LPDD4 RAM,讓這款LG的開年旗艦贏得了關(guān)注度。
iPhone 6s如期在15年9月發(fā)布,自主架構(gòu)設(shè)計(jì)處理器A9采用了三星的14nm工藝和臺積電的16nm工藝聯(lián)合供貨,在性能和功耗上均衡極致。
樂視的樂Max Pro搭載著14nm打造的Qualcomm驍龍820處理器現(xiàn)身在CES2016上,搶先在小米、OPPO、vivo、nubia等廠商前面發(fā)布這顆領(lǐng)先的半導(dǎo)體芯片。
無論是處理器、RAM還是ROM,其實(shí)都是屬于半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的一部分,智能手機(jī)的背后,某種意義上來說其實(shí)就是半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)之間互相競爭角逐。
三星的逆轉(zhuǎn)、LG尋求SK海力士支援、iPhone幾乎每年都在曬自家CPU和GPU的先進(jìn)、樂視和各大國產(chǎn)廠商爭先搶發(fā)Qualcomm驍龍820,背后都是依靠半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)給出的底氣。像三星、Intel這些IDM廠 商本身擁有半導(dǎo)體業(yè)務(wù),能夠自產(chǎn)自銷,而LG、蘋果、Qualcomm、樂視、小米等廠商縱然沒有自己的半導(dǎo)體業(yè)務(wù),想方設(shè)法也要和生產(chǎn)半導(dǎo)體企業(yè)打好關(guān) 系,必要時候還能夠憑借友商的幫忙逆襲三星和Intel,當(dāng)然,蘋果憑借行業(yè)的號召力和影響力,游刃有余地掌控著上下游廠商的重要資源,包括生產(chǎn)半導(dǎo)體企 業(yè)為自己服務(wù),臺積電和三星近年來紛紛搶占蘋果A系列處理器訂單最好說明這個問題。
為什么半導(dǎo)體行業(yè)在國內(nèi)如此受歡迎?
聯(lián)想先后成功收購IBM的個人電腦業(yè)務(wù),摩托羅拉移動,IBM的x86服務(wù)器業(yè)務(wù),在國人看來可能只是聯(lián)想特別喜歡收購?fù)馄?,其?shí)不然,中國企業(yè)一直都 垂延國外的不少企業(yè),例如半導(dǎo)體公司。而眾所周知的是,這些資源基本上都集中在韓國、美國等國家手上。下面我們先來看看最近的半導(dǎo)體行業(yè)新聞。
仙童半導(dǎo)體
熟悉半導(dǎo)體行業(yè)和美國硅谷歷史的讀者應(yīng)該聽說過仙童半導(dǎo)體(Fairchild Semiconductor),這家企業(yè)成立于1957年,為硅谷的成長奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ),衍生出Intel、AMD等眾多科技巨頭。2015年11月, 仙童和美國安森美半導(dǎo)體(ON Semiconductor)達(dá)成了價值近24億美元(每股20美元)的并購協(xié)議。據(jù)彭博社報(bào)道,近日中國華潤集團(tuán)、華創(chuàng)投資牽頭的財(cái)團(tuán)向仙童半導(dǎo)體提出 了新的收購要約,提出25億美元(每股21.7美元)這個更高的收購價。不日就會公開這一提議。但是美國對外資收購其高科技企業(yè)十分謹(jǐn)慎,中國更是最嚴(yán)格 的審查對象。被否決的先例有清華紫光欲收購美光科技(15年年中),美光科技不僅是美國唯一生產(chǎn)個人電腦所需動態(tài)隨機(jī)存取存儲器芯片(DRAM)的制造 商,也是和SK海力士、三星電子并稱的全球三大DRAM生產(chǎn)商之一??梢娐?lián)想這十幾年連續(xù)收購IBM部分業(yè)務(wù)和Moto的過程是多么艱辛。
其它收購失敗個案還包括:華為欲收購美國網(wǎng)絡(luò)設(shè)備制造商3Com、摩托羅拉無線網(wǎng)絡(luò)部門、美國私有寬帶互聯(lián)網(wǎng)軟件提供商2Wire。這里小編不禁要問,為什么半導(dǎo)體行業(yè)在國內(nèi)如此受歡迎?
究其原因還是國內(nèi)能夠自主生產(chǎn)半導(dǎo)體的企業(yè)確實(shí)不多,資源貧乏,正如文章開篇所說,這些資源核心技術(shù)基本上都掌控在韓國和美國等國家手上。類似的例子還 有,手機(jī)和數(shù)碼相機(jī)中攝像頭傳感器生產(chǎn)商主要來源于日韓和美國企業(yè),液晶屏幕和OLED屏幕核心技術(shù)也是掌控在日韓企業(yè)手上,更別提x86架構(gòu)處理器和 ARM架構(gòu)處理器授權(quán)全部都來源于美國Intel和英國ARM公司,所以中國企業(yè)才需要通過收購手段間接獲得這些資源和核心技術(shù)。當(dāng)然,華為、中興、清華 紫光等高新技術(shù)企業(yè)如今也有自己的拳頭產(chǎn)品和獨(dú)當(dāng)一面的核心技術(shù),在某些領(lǐng)域已經(jīng)不需要大量進(jìn)口外企的資源。
半導(dǎo)體與手機(jī)
回到半導(dǎo)體話題上,2015年,14nm的Exynos 7420處理器,LPDDR4 RAM,UFS 2.0 ROM三項(xiàng)半導(dǎo)體領(lǐng)域的技術(shù)革新同時出現(xiàn)在智能手機(jī)上,為智能手機(jī)的系統(tǒng)運(yùn)行速度和文件傳輸速度帶來的直接紅利就是響應(yīng)更快、游戲加載更迅速、更早完成傳 輸任務(wù)。這也是智能手機(jī)越來越成熟和受歡迎,并且能夠?qū)崿F(xiàn)更多任務(wù)的幕后功臣。
優(yōu)秀的軟件離不開先進(jìn)硬件支持
僅僅是處理器升級不行,根據(jù)木桶效應(yīng),RAM和ROM都會影響處理器極限性能的發(fā)揮,這就好比臺式機(jī)領(lǐng)域,每過幾年,輪到更新?lián)Q代的時候,家中電腦一般 都不會僅僅更換處理器而已,換了處理器,可能由于主板和處理器接口不兼容,接著把主板一起更新了,然后發(fā)現(xiàn)RAM和ROM的配置成了整套平臺速度上的瓶 頸,DDR4 RAM和SSD也會接著更換上。
手機(jī)和PC其實(shí)有很多關(guān)聯(lián),工藝制程、架構(gòu)、總線、頻率等性能指標(biāo)其實(shí)很多都是共通的。 半導(dǎo)體貫穿著智能手機(jī)和PC的大部分元件,廠商們的軟件優(yōu)化很大程度上是為這些半導(dǎo)體而服務(wù)的。以半導(dǎo)體的技術(shù)革新為核心基礎(chǔ),Android、iOS、 WP等系統(tǒng)平臺負(fù)責(zé)搞定如何驅(qū)動這些先進(jìn)硬件的問題,搭建好軟件和硬件之間的交互平臺,讓軟件開發(fā)商能夠通過操作系統(tǒng)(API等)調(diào)用四核處理器、8核處 理器、64bit指令集等每個時代的全新技術(shù),最后再讓這些紅利落在消費(fèi)者用戶體驗(yàn)上,不然那些跑分控為什么那么執(zhí)著安兔兔和魯大師呢?游戲控為什么那么 沉迷一代又一代,動畫特效越來越贊,視覺沖擊堪比臺式機(jī)游戲的手游呢?
讓系統(tǒng)流暢的秘訣
要讓手機(jī)運(yùn)行起來十分流暢,手機(jī)廠商可以從很多方面入手,下面小編簡單介紹一下其中6個方面。
1、iOS假后臺
iPhone部分機(jī)型直到如今依然能夠憑借1GB甚至512MB RAM運(yùn)行iOS,或多或少與其“假后臺”的設(shè)計(jì)有關(guān),和Android系統(tǒng)不同,iOS無須把應(yīng)用緩存在RAM中隨時調(diào)用,在多任務(wù)切換時能夠直接關(guān)閉 上一個應(yīng)用,在切換到上一個應(yīng)用時候,其實(shí)是重新開啟該應(yīng)用,這一點(diǎn)和Android或者桌面系統(tǒng)Windows都有很大區(qū)別。但是iOS憑借先進(jìn)的硬件 設(shè)備和深度的系統(tǒng)優(yōu)化,讓重新開啟應(yīng)用的時間縮短到就像Android平臺切換多任務(wù)時候的迅速,這就是iOS和iPhone神奇的地方。
iOS假后臺
假后臺能夠讓系統(tǒng)RAM得到進(jìn)一步釋放,RAM的余量充足了,系統(tǒng)運(yùn)行起來自然流暢了。
2、提高處理器綜合實(shí)力(核心數(shù)目、制程、架構(gòu)、主頻、兼容性)
一般來說,其它配置相差無幾的情況下,Qualcomm驍龍810處理器機(jī)型都會比Qualcomm驍龍615處理器機(jī)型流暢,而Qualcomm驍龍 615處理器又會比Qualcomm驍龍410處理器機(jī)型流暢,這里面牽扯到核心數(shù)目、工藝制程、處理器架構(gòu)和主頻的區(qū)別,還有不同平臺處理器對應(yīng)用和游 戲的兼容性也是不同的。所有這些處理器因素交叉在一起之后,最終就會反映為張三的手機(jī)總是比李四的手機(jī)流暢,一點(diǎn)都不卡,而且還能夠多開幾個程序等現(xiàn)象。
3、RAM(容量、頻率、位寬、通道數(shù)、代數(shù))
提高處理器性能是系統(tǒng)流暢運(yùn)行的一個因素,但是存儲系統(tǒng)也很重要,Android平臺的消費(fèi)者肯定比iOS平臺腦殘粉體驗(yàn)得更加深刻。單純提高RAM的 容量,例如從昔日的1GB RAM提高到如今的4GB RAM,能夠提高系統(tǒng)程序的并發(fā)量,緩沖更多的程序進(jìn)后臺,方便消費(fèi)者在多款應(yīng)用中頻繁切換,減少重新開啟應(yīng)用時需要等待時間。
iPhone 6s其實(shí)也采用了LPDDR4 RAM
當(dāng)然,RAM可不僅僅在容量上對系統(tǒng)運(yùn)行速度有影響,和PC的內(nèi)存類似,RAM(手機(jī)中運(yùn)存)綜合水平同樣受頻率、位寬、通道數(shù)和產(chǎn)品代數(shù) (LPDDR3、LPDDR4等)影響,而頻率、位寬、通道數(shù)、代數(shù)剛好就是決定RAM帶寬的四個維度,至于計(jì)算公式嘛,免得大伙關(guān)閉瀏覽器,所以不公布 了。簡而言之,RAM容量和RAM帶寬對于系統(tǒng)運(yùn)行速度都有一定的影響。前者表現(xiàn)為多任務(wù)切換時候是否卡頓,后者表現(xiàn)為4K視頻播放時候是否流暢等更多綜 合場景。
4、ROM(UFS、eMMC等)
存儲系統(tǒng)除了RAM還包括ROM,而手機(jī)中ROM又分為常見的eMMC和 UFS,詳細(xì)區(qū)別下文會介紹。eMMC 5.0讀寫速度其實(shí)相比以往機(jī)型已經(jīng)有一定的提升,但是相比UFS 2.0,在加載絕大部分應(yīng)用和大型游戲的時候,總是慢一點(diǎn),當(dāng)然,單獨(dú)測試隨機(jī)小文件讀寫速度和單個大容量文件讀寫速度,相比eMMC 5.0還是快上不少。那么問題來了,既然UFS 2.0那么厲害,和三星S5(eMMC 5.0)上面的USB 3.0接口相比,哪一項(xiàng)措施對于提高文件傳輸速度更有效呢?
5、USB 3.0(三星、ZUK)
USB 3.0接口在三星Note 3首次引入到手機(jī)領(lǐng)域,之后在三星S5上配合eMMC 5.0存儲讓文件傳輸速度得到了一定的提升,三星S6回歸到USB 2.0接口,但是配備了UFS 2.0存儲介質(zhì),究竟是USB 3.0和eMMC 5.0的組合,還是USB 2.0和UFS 2.0的組合,為文件傳輸速度帶來更大的提升呢?答案是后者。當(dāng)然如果在技術(shù)上突破瓶頸,能夠同時兼?zhèn)銾SB 3.0接口和UFS 2.0 ROM,那么文件傳輸速度和系統(tǒng)運(yùn)行速度又會進(jìn)一步提升。
ZUK Z1上的USB 3.0接口
打個比方,將USB 2.0更換成USB 3.0接口,對于傳輸速度來說其實(shí)是改善外因,消除手機(jī)和外界的傳輸瓶頸,而采用UFS 2.0替換掉eMMC 5.0存儲介質(zhì),其實(shí)就是改善內(nèi)因,消除手機(jī)自身內(nèi)部ROM和處理器、RAM之間的傳輸瓶頸,從而做到內(nèi)外兼修,合力優(yōu)化手機(jī)的整體文件傳輸速度和系統(tǒng)運(yùn) 行速度。
6、系統(tǒng)優(yōu)化(做“減法”)
這兩年尤其多廠商采納這種方法,畢竟不是每家廠商都能夠掌控著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā) 展,反而從自身角度出發(fā)優(yōu)化系統(tǒng)內(nèi)部,對手機(jī)廠商來說更顯得輕松。一加手機(jī)的“氫OS”、ZUK的ZUI、IUNI的IUNI OS、魅族的Flyme都是對Android系統(tǒng)做“減法”的經(jīng)典代表。
做“減法”的系統(tǒng)
所謂“減法”其實(shí)就是閹割掉那些無關(guān)痛癢的功能,減少系統(tǒng)預(yù)裝應(yīng)用,減少系統(tǒng)過于復(fù)雜的動畫效果和人機(jī)交互,減少后臺應(yīng)用經(jīng)常自啟動頻率,減少開啟一個 應(yīng)用(例如百度瀏覽器)順帶將其家族應(yīng)用全部一并開啟(百度客戶端、糯米網(wǎng)、百度外賣、百度地圖等),諸如此類的措施,其實(shí)都是為了減少系統(tǒng)的卡頓,減少 刷微博和玩大型游戲時候突如其來的停頓。
配合今期文章重點(diǎn)討論的“半導(dǎo)體”主題,同時,由于之前在Qualcomm驍龍820相關(guān)文章中和各位分享過手機(jī)處理器架構(gòu)和工藝制程等歷史。今天的文章小編重點(diǎn)介紹一下半導(dǎo)體領(lǐng)域的另外兩種很重要的芯片——RAM和ROM(也就是上面第三和第四點(diǎn)內(nèi)容)。
RAM和ROM發(fā)展歷史回顧
LPDDR4和UFS 2.0分別屬于RAM和ROM兩種不同存儲介質(zhì)技術(shù),接下來我們分別回顧一下這兩種技術(shù)和PC上DDR內(nèi)存、SSD硬盤之間的歷史演進(jìn)關(guān)系。
三星DDR和LPDDR里程碑節(jié)點(diǎn)
DDR和LPDDR其實(shí)都是DRAM,而全球三大DRAM廠商之中,又以三星和智能手機(jī)關(guān)系頗為密切,為了方便讀者理解,以三星為例看看DRAM歷史的 演進(jìn)過程。美光和SK海力士的歷史演進(jìn)也類似。半導(dǎo)體更新迭代大致按照摩爾定律推測,而架構(gòu)和工藝制程的更新成為了最主要的兩條主線,處理器如此,RAM 和ROM也如此。從上面表格可得,DDR和LPDDR除了在架構(gòu)上從DDR逐步更新到如今的DDR4和LPDDR4,工藝制程上也從5xnm一路更新到如 今的2xnm。
和處理器類似,18nm和20nm只是不同廠商在同一代工藝節(jié)點(diǎn)上表現(xiàn)出來的數(shù)值誤差,實(shí)則上并沒有跨越兩代工藝制程,另一方面,10nm和Post-DDR4只是三星的愿景,暫時還沒有實(shí)現(xiàn)。
LPDDR和DDR重大歷史回顧
縱觀LPDDR和DDR歷史,制定固態(tài)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的JEDEC協(xié)會對DDR和LPDDR兩種技術(shù)提出了標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。將智能手機(jī)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展關(guān)聯(lián)起來,12 年5月發(fā)布的LPDDR3標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范,13年3月的三星S4正式用上了,同年7月,三星Note 3也沖上了3GB RAM的高度。14年8月,JEDEC發(fā)布了LPDDR4標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范,并定義最高頻率為3200MHz。15年3月,MWC上三星發(fā)布了搭載LPDDR4 RAM的三星S6和三星S6 Edge,同年8月,三星發(fā)布的另外兩款旗艦——三星Note 5和三星S6 edge+將RAM容量提高到4GB。
SSD和ROM領(lǐng)域
先來解釋一下上面表格出現(xiàn)的一些專業(yè)術(shù)語,SSD是固態(tài)硬盤,ROM是手機(jī)存儲。它們兩者歸根到底其實(shí)都是NAND Flash,下文會詳細(xì)介紹SSD和ROM之間的關(guān)聯(lián)。SSD根據(jù)成本和存儲顆粒壽命再細(xì)分為TLC SSD、MLC SSD、SLC SSD(相同容量前提下,上述三者一般來說成本和壽命依次提高),而U盤和SD存儲卡其實(shí)也是TLC SSD的一種形態(tài)。2D NAND是早期的一種SSD內(nèi)部顆粒排列技術(shù),而V-NAND則是如今由三星主導(dǎo)的3D平面上全新的顆粒排列技術(shù),通過把內(nèi)存顆粒堆疊在一起來解決2D NAND閃存帶來的容量限制等問題。類似技術(shù)還有3D NAND,則是由Intel和美光合資的IMFT主導(dǎo)。
熟悉固態(tài)硬盤的消費(fèi)者應(yīng) 該知道早期的消費(fèi)級SSD主要是以MLC顆粒為主流的,SLC比較昂貴,TLC未成氣候,所以成本上始終無法進(jìn)一步降低。TLC壽命短和易損壞的弊病導(dǎo)致 在2012年以前,它們一般只用在U盤和SD存儲卡上,但是由于技術(shù)進(jìn)步,TLC顆粒壽命得到了控制,從此出現(xiàn)了采用TLC顆粒的840和840 EVO SSD,進(jìn)一步將成本降低,也讓SSD開始走近平民百姓。
如今除了三星,浦科特、金士頓、SK海力士等廠商也紛紛推出采用TLC顆粒 的SSD。另一方面,除了存儲顆粒本身的不同,存儲顆粒之間排列方式也發(fā)生了改變,從剛開始的2D平面排列上升到立體空間3D排列,也就是如今的V- NAND排列方式。不知不覺,這種排列方式已經(jīng)經(jīng)歷了3代產(chǎn)品,850 PRO和850 EVO在較早前也成功升級換代,分別換上了第三代V-NAND排列的MLC芯片和TLC芯片,進(jìn)一步增大了存儲容量,突破4TB級別的里程碑。Intel 和美光合資公司IMFT則稱類似技術(shù)為3D NAND。
eMMC和UFS重要?dú)v史回顧
在ROM領(lǐng)域,2013年10月,JEDEC發(fā)布eMMC 5.0標(biāo)準(zhǔn),其實(shí)同年7月底,三星已經(jīng)能夠量產(chǎn)eMMC 5.0存儲產(chǎn)品。在業(yè)界開始準(zhǔn)備采用UFS這種新的存儲介質(zhì)取代eMMC的時候,在13年9月JEDEC發(fā)布UFS 2.0標(biāo)準(zhǔn)之后,相隔不到兩年,15年3月,三星就在MWC上正式發(fā)布搭載了UFS 2.0的手機(jī)。
LPDDR4
在介紹LPDDR4和UFS 2.0兩項(xiàng)在RAM和ROM領(lǐng)域最新技術(shù)之前,我們先來介紹一下JEDEC這個組織。
根據(jù)百度百科的定義,JEDEC固態(tài)技術(shù)協(xié)會(JEDEC Solid State Technology Association)是微電子產(chǎn)業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)標(biāo)準(zhǔn)機(jī)構(gòu),作為一個全球性的組織,JEDEC所制定的標(biāo)準(zhǔn)在過去50余年的時間里,已經(jīng)被全行業(yè)廣泛接受和采 納。JEDEC的主要功能包括術(shù)語、定義、產(chǎn)品特征描述與操作、測試方法、生產(chǎn)支持功能、產(chǎn)品質(zhì)量與可靠性、機(jī)械外形、固態(tài)存儲器、DRAM、閃存卡及模 塊、以及射頻識別(RFID)標(biāo)簽等的確定與標(biāo)準(zhǔn)化。所以才會有今天的LPDDR4和UFS 2.0標(biāo)準(zhǔn)出臺。
JEDEC固態(tài)技術(shù)協(xié)會 在14年8月發(fā)布的新一代低功耗內(nèi)存標(biāo)準(zhǔn)LPDDR4(Low Power Double Data Rate 4),是面向低功耗內(nèi)存而制定的通信標(biāo)準(zhǔn),以低功耗和小體積著稱,專門用于移動式電子產(chǎn)品,例如智能手機(jī)。下面我們看看臺式機(jī)、筆記本和服務(wù)器領(lǐng)域的 DDR標(biāo)準(zhǔn)和LPDDR標(biāo)準(zhǔn)的一些區(qū)別。
DDR和LPDDR區(qū)別
如上所示,LPDDR的運(yùn)行電壓(工作電壓)相比DDR的標(biāo)準(zhǔn)電壓要低,這也符合了低功耗小體積的身份和定位,另一方面,兩種標(biāo)準(zhǔn)版本迭代時間并不是一致的,DDR4相比LPDDR4標(biāo)準(zhǔn)制定和出臺要早上不少。
接著我們對比一下LPDDR3和LPDDR4之間區(qū)別,前者和LPDDR2類似,采用單通道設(shè)計(jì),而且位寬只有16bit,理論上最高工作頻率為 2133MHz。LPDDR4采用了雙通道設(shè)計(jì),即使依然是16bit的位寬,但是由于引入了雙通道的概念,所以最終能夠?qū)崿F(xiàn)32bit的位寬,同時最高 工作頻率提升到3200MHz,上文小編提及過,決定RAM傳輸帶寬的幾個要素之中,LPDDR4都有針對性地提高,所以帶來的系統(tǒng)運(yùn)行速度和文件傳輸速 度的提升也會比較明顯。
UFS 2.0
目前市面上主流的ROM標(biāo)準(zhǔn)有兩種 ——eMMC 5.0和UFS 2.0,它們都屬于NAND Flash。前者有更成熟的生產(chǎn)工藝,后者有更強(qiáng)大的性能。換句話說,上面兩種存儲標(biāo)準(zhǔn)其實(shí)可以看作是SD存儲卡和U盤的近親,不過相比micro-SD 卡,eMMC 5.0和UFS 2.0無論是傳輸速度還是可靠性上都要高上不少。
eMMC (Embedded Multi Media Card) 為MMC協(xié)會所訂立的、主要是針對手機(jī)或平板電腦等產(chǎn)品的內(nèi)嵌式存儲器標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格。eMMC目前是主流的便攜移動產(chǎn)品解決方案,目的在于簡化終端產(chǎn)品存儲器 的設(shè)計(jì)。由于手機(jī)內(nèi)部NAND Flash芯片來自不同廠牌,包括三星、東芝、海力士、美光等,當(dāng)設(shè)計(jì)廠商在導(dǎo)入時,都需要根據(jù)每家公司的產(chǎn)品和技術(shù)特性來重新設(shè)計(jì),過去并沒有一種技術(shù) 能夠通用所有廠牌的NAND Flash芯片。
eMMC的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),就是為了簡化NAND Flash的使用,將NAND Flash芯片和控制芯片設(shè)計(jì)成1顆MCP芯片,手機(jī)客戶只需要采購MCP芯片并放進(jìn)新手機(jī)中,無須處理其它繁復(fù)的NAND Flash兼容性和管理問題,最大優(yōu)點(diǎn)是縮短新產(chǎn)品的上市周期和研發(fā)成本,讓其更快地推出市場。
eMMC 4.4的讀取速度大約為104MB/s,eMMC 4.5則為200MB/s,eMMC 5.0為400MB/s,但是因?yàn)槭褂玫氖?位并行總線,因此性能潛力已經(jīng)基本到達(dá)瓶頸,以最新的eMMC 5.1規(guī)范來說,其理論讀取速度為600MB/s左右,性能的大提升基本是不可能的了。
UFS是未來的主流存儲標(biāo)準(zhǔn)
2011年JEDEC發(fā)布了第一代通用閃存存儲(Universal Flash Storage,簡稱UFS)標(biāo)準(zhǔn),希望能夠替代eMMC。然而,第一代的UFS并不受歡迎。2013年9月,JEDEC發(fā)布了新一代的通用閃存存儲標(biāo)準(zhǔn) UFS 2.0,該標(biāo)準(zhǔn)下的閃存讀寫速度可以高達(dá)1400MB/s,這相當(dāng)于在2s內(nèi)讀寫兩個CD光盤的數(shù)據(jù)。
與eMMC不同,UFS 2.0的閃存規(guī)格采用了新的標(biāo)準(zhǔn),它使用的是串行總線,類似機(jī)械硬盤的PATA接口向SATA接口的轉(zhuǎn)變,并行總線就是每一次能夠傳輸多個二進(jìn)制位數(shù)據(jù), 而串行總線就是每一次只能夠傳輸一個二進(jìn)制位數(shù)據(jù),看樣子好像并行總線更好,實(shí)則不然,雖然上面提及到eMMC擁有8位并行總線,每一次能夠傳輸8個二進(jìn) 制位,但是如果串行總線每一次傳輸數(shù)據(jù)的速度足夠快,并行總線傳輸一次的時間,串行總線已經(jīng)傳輸了10次甚至20次,這樣的話,串行總線就能夠在相同時間 內(nèi)傳輸10位甚至20位數(shù)據(jù)。
另一方面,UFS 2.0支持全雙工運(yùn)行,可同時進(jìn)行讀寫操作,讀取和寫入操作都有專門的通道,還支持指令隊(duì)列。相比之下,eMMC是半雙工,讀寫必須分開執(zhí)行,讀取和寫入 操作共用同一條通道,指令也是打包的,在速度上就已經(jīng)略遜一籌了。打個比方,單車道和雙車道的區(qū)別不用多解釋也知道哪條車道的行車更加順暢,關(guān)鍵是,那條 單車道還是分時復(fù)用車道,這段時間全部車輛只能自西向東行駛,下一段時間全部車輛只能自東向西行駛,工作效率不如兩條獨(dú)立車道,分別引導(dǎo)兩個不同方向的車 流。而且UFS 2.0芯片不僅傳輸速度快,功耗也要比eMMC 5.0低一半,可以說是日后旗艦手機(jī)閃存的理想搭配。
最后讓我們看看臺式機(jī)/筆記本/服務(wù)器上SSD和智能手機(jī)中ROM的共同點(diǎn)和不同之處。
眾所周知,SSD是固態(tài)硬盤,主要由主控制器、閃存芯片陣列(陣列、陣列、陣列,重要事情說三遍)和緩存組成。緩存有時候也能夠集成在主控芯片內(nèi)。主控 制器作用等同于手機(jī)中的處理器,負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)閃存芯片陣列中單個閃存芯片之間,閃存芯片陣列和緩存之間,還有協(xié)調(diào)SSD和外部電路(例如臺式機(jī)內(nèi)存、處理器) 的數(shù)據(jù)傳輸。
eMMC更像是微型版的SSD,將主控、緩存和閃存同時集合在一塊芯片中,注意,只有一塊閃存而不是閃存陣列,這就是 SSD和eMMC最明顯的區(qū)別,另外,主控、緩存和閃存一般是通過BGA封裝方式封裝成一塊MCP芯片,這種芯片集成度相當(dāng)高,更適合塞進(jìn)去體積較小的手 機(jī)中。
總結(jié):簡簡單單的一臺智能手機(jī),背后卻隱藏著強(qiáng)大的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè),毫不夸張地說,處理器、RAM、ROM、基帶芯片、攝像頭CMOS,還有SoC主板上大大小小功能不同的芯片,其實(shí)都來源于半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)。半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)對智能手機(jī)的發(fā)展起到推波助瀾的重要作用。
同時我們也要意識到半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)在我國的尷尬地位,這也是如今國產(chǎn)廠商經(jīng)常說支持“新國貨運(yùn)動”的最大難關(guān),在信息化時代,除了手機(jī),身邊電子數(shù)碼產(chǎn)品、 智能穿戴設(shè)備、家庭影音系統(tǒng)等設(shè)備基本上都是以半導(dǎo)體為核心元件的,只有掌握了半導(dǎo)體核心技術(shù),擁有自己的晶圓廠,真正做到制霸半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè),才有資格擺脫 半導(dǎo)體領(lǐng)域那些巨鱷對上游供應(yīng)商的把控,做到自產(chǎn)自銷,降低成本,將最先進(jìn)的半導(dǎo)體技術(shù)推向全球,從做產(chǎn)品、再到做服務(wù)、最后制定行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。也只有在那個 時候,“新國貨運(yùn)動”才能夠真正打響
在CES2015上,LG G Flex 2不僅全球首發(fā)了20nm工藝打造的Qualcomm驍龍810,還搭載了由SK海力士提供的LPDD4 RAM,讓這款LG的開年旗艦贏得了關(guān)注度。
iPhone 6s如期在15年9月發(fā)布,自主架構(gòu)設(shè)計(jì)處理器A9采用了三星的14nm工藝和臺積電的16nm工藝聯(lián)合供貨,在性能和功耗上均衡極致。
樂視的樂Max Pro搭載著14nm打造的Qualcomm驍龍820處理器現(xiàn)身在CES2016上,搶先在小米、OPPO、vivo、nubia等廠商前面發(fā)布這顆領(lǐng)先的半導(dǎo)體芯片。
無論是處理器、RAM還是ROM,其實(shí)都是屬于半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的一部分,智能手機(jī)的背后,某種意義上來說其實(shí)就是半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)之間互相競爭角逐。
三星的逆轉(zhuǎn)、LG尋求SK海力士支援、iPhone幾乎每年都在曬自家CPU和GPU的先進(jìn)、樂視和各大國產(chǎn)廠商爭先搶發(fā)Qualcomm驍龍820,背后都是依靠半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)給出的底氣。像三星、Intel這些IDM廠 商本身擁有半導(dǎo)體業(yè)務(wù),能夠自產(chǎn)自銷,而LG、蘋果、Qualcomm、樂視、小米等廠商縱然沒有自己的半導(dǎo)體業(yè)務(wù),想方設(shè)法也要和生產(chǎn)半導(dǎo)體企業(yè)打好關(guān) 系,必要時候還能夠憑借友商的幫忙逆襲三星和Intel,當(dāng)然,蘋果憑借行業(yè)的號召力和影響力,游刃有余地掌控著上下游廠商的重要資源,包括生產(chǎn)半導(dǎo)體企 業(yè)為自己服務(wù),臺積電和三星近年來紛紛搶占蘋果A系列處理器訂單最好說明這個問題。
為什么半導(dǎo)體行業(yè)在國內(nèi)如此受歡迎?
聯(lián)想先后成功收購IBM的個人電腦業(yè)務(wù),摩托羅拉移動,IBM的x86服務(wù)器業(yè)務(wù),在國人看來可能只是聯(lián)想特別喜歡收購?fù)馄?,其?shí)不然,中國企業(yè)一直都 垂延國外的不少企業(yè),例如半導(dǎo)體公司。而眾所周知的是,這些資源基本上都集中在韓國、美國等國家手上。下面我們先來看看最近的半導(dǎo)體行業(yè)新聞。
仙童半導(dǎo)體
熟悉半導(dǎo)體行業(yè)和美國硅谷歷史的讀者應(yīng)該聽說過仙童半導(dǎo)體(Fairchild Semiconductor),這家企業(yè)成立于1957年,為硅谷的成長奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ),衍生出Intel、AMD等眾多科技巨頭。2015年11月, 仙童和美國安森美半導(dǎo)體(ON Semiconductor)達(dá)成了價值近24億美元(每股20美元)的并購協(xié)議。據(jù)彭博社報(bào)道,近日中國華潤集團(tuán)、華創(chuàng)投資牽頭的財(cái)團(tuán)向仙童半導(dǎo)體提出 了新的收購要約,提出25億美元(每股21.7美元)這個更高的收購價。不日就會公開這一提議。但是美國對外資收購其高科技企業(yè)十分謹(jǐn)慎,中國更是最嚴(yán)格 的審查對象。被否決的先例有清華紫光欲收購美光科技(15年年中),美光科技不僅是美國唯一生產(chǎn)個人電腦所需動態(tài)隨機(jī)存取存儲器芯片(DRAM)的制造 商,也是和SK海力士、三星電子并稱的全球三大DRAM生產(chǎn)商之一??梢娐?lián)想這十幾年連續(xù)收購IBM部分業(yè)務(wù)和Moto的過程是多么艱辛。
其它收購失敗個案還包括:華為欲收購美國網(wǎng)絡(luò)設(shè)備制造商3Com、摩托羅拉無線網(wǎng)絡(luò)部門、美國私有寬帶互聯(lián)網(wǎng)軟件提供商2Wire。這里小編不禁要問,為什么半導(dǎo)體行業(yè)在國內(nèi)如此受歡迎?
究其原因還是國內(nèi)能夠自主生產(chǎn)半導(dǎo)體的企業(yè)確實(shí)不多,資源貧乏,正如文章開篇所說,這些資源核心技術(shù)基本上都掌控在韓國和美國等國家手上。類似的例子還 有,手機(jī)和數(shù)碼相機(jī)中攝像頭傳感器生產(chǎn)商主要來源于日韓和美國企業(yè),液晶屏幕和OLED屏幕核心技術(shù)也是掌控在日韓企業(yè)手上,更別提x86架構(gòu)處理器和 ARM架構(gòu)處理器授權(quán)全部都來源于美國Intel和英國ARM公司,所以中國企業(yè)才需要通過收購手段間接獲得這些資源和核心技術(shù)。當(dāng)然,華為、中興、清華 紫光等高新技術(shù)企業(yè)如今也有自己的拳頭產(chǎn)品和獨(dú)當(dāng)一面的核心技術(shù),在某些領(lǐng)域已經(jīng)不需要大量進(jìn)口外企的資源。
半導(dǎo)體與手機(jī)
回到半導(dǎo)體話題上,2015年,14nm的Exynos 7420處理器,LPDDR4 RAM,UFS 2.0 ROM三項(xiàng)半導(dǎo)體領(lǐng)域的技術(shù)革新同時出現(xiàn)在智能手機(jī)上,為智能手機(jī)的系統(tǒng)運(yùn)行速度和文件傳輸速度帶來的直接紅利就是響應(yīng)更快、游戲加載更迅速、更早完成傳 輸任務(wù)。這也是智能手機(jī)越來越成熟和受歡迎,并且能夠?qū)崿F(xiàn)更多任務(wù)的幕后功臣。
優(yōu)秀的軟件離不開先進(jìn)硬件支持
僅僅是處理器升級不行,根據(jù)木桶效應(yīng),RAM和ROM都會影響處理器極限性能的發(fā)揮,這就好比臺式機(jī)領(lǐng)域,每過幾年,輪到更新?lián)Q代的時候,家中電腦一般 都不會僅僅更換處理器而已,換了處理器,可能由于主板和處理器接口不兼容,接著把主板一起更新了,然后發(fā)現(xiàn)RAM和ROM的配置成了整套平臺速度上的瓶 頸,DDR4 RAM和SSD也會接著更換上。
手機(jī)和PC其實(shí)有很多關(guān)聯(lián),工藝制程、架構(gòu)、總線、頻率等性能指標(biāo)其實(shí)很多都是共通的。 半導(dǎo)體貫穿著智能手機(jī)和PC的大部分元件,廠商們的軟件優(yōu)化很大程度上是為這些半導(dǎo)體而服務(wù)的。以半導(dǎo)體的技術(shù)革新為核心基礎(chǔ),Android、iOS、 WP等系統(tǒng)平臺負(fù)責(zé)搞定如何驅(qū)動這些先進(jìn)硬件的問題,搭建好軟件和硬件之間的交互平臺,讓軟件開發(fā)商能夠通過操作系統(tǒng)(API等)調(diào)用四核處理器、8核處 理器、64bit指令集等每個時代的全新技術(shù),最后再讓這些紅利落在消費(fèi)者用戶體驗(yàn)上,不然那些跑分控為什么那么執(zhí)著安兔兔和魯大師呢?游戲控為什么那么 沉迷一代又一代,動畫特效越來越贊,視覺沖擊堪比臺式機(jī)游戲的手游呢?
讓系統(tǒng)流暢的秘訣
要讓手機(jī)運(yùn)行起來十分流暢,手機(jī)廠商可以從很多方面入手,下面小編簡單介紹一下其中6個方面。
1、iOS假后臺
iPhone部分機(jī)型直到如今依然能夠憑借1GB甚至512MB RAM運(yùn)行iOS,或多或少與其“假后臺”的設(shè)計(jì)有關(guān),和Android系統(tǒng)不同,iOS無須把應(yīng)用緩存在RAM中隨時調(diào)用,在多任務(wù)切換時能夠直接關(guān)閉 上一個應(yīng)用,在切換到上一個應(yīng)用時候,其實(shí)是重新開啟該應(yīng)用,這一點(diǎn)和Android或者桌面系統(tǒng)Windows都有很大區(qū)別。但是iOS憑借先進(jìn)的硬件 設(shè)備和深度的系統(tǒng)優(yōu)化,讓重新開啟應(yīng)用的時間縮短到就像Android平臺切換多任務(wù)時候的迅速,這就是iOS和iPhone神奇的地方。
iOS假后臺
假后臺能夠讓系統(tǒng)RAM得到進(jìn)一步釋放,RAM的余量充足了,系統(tǒng)運(yùn)行起來自然流暢了。
2、提高處理器綜合實(shí)力(核心數(shù)目、制程、架構(gòu)、主頻、兼容性)
一般來說,其它配置相差無幾的情況下,Qualcomm驍龍810處理器機(jī)型都會比Qualcomm驍龍615處理器機(jī)型流暢,而Qualcomm驍龍 615處理器又會比Qualcomm驍龍410處理器機(jī)型流暢,這里面牽扯到核心數(shù)目、工藝制程、處理器架構(gòu)和主頻的區(qū)別,還有不同平臺處理器對應(yīng)用和游 戲的兼容性也是不同的。所有這些處理器因素交叉在一起之后,最終就會反映為張三的手機(jī)總是比李四的手機(jī)流暢,一點(diǎn)都不卡,而且還能夠多開幾個程序等現(xiàn)象。
3、RAM(容量、頻率、位寬、通道數(shù)、代數(shù))
提高處理器性能是系統(tǒng)流暢運(yùn)行的一個因素,但是存儲系統(tǒng)也很重要,Android平臺的消費(fèi)者肯定比iOS平臺腦殘粉體驗(yàn)得更加深刻。單純提高RAM的 容量,例如從昔日的1GB RAM提高到如今的4GB RAM,能夠提高系統(tǒng)程序的并發(fā)量,緩沖更多的程序進(jìn)后臺,方便消費(fèi)者在多款應(yīng)用中頻繁切換,減少重新開啟應(yīng)用時需要等待時間。
iPhone 6s其實(shí)也采用了LPDDR4 RAM
當(dāng)然,RAM可不僅僅在容量上對系統(tǒng)運(yùn)行速度有影響,和PC的內(nèi)存類似,RAM(手機(jī)中運(yùn)存)綜合水平同樣受頻率、位寬、通道數(shù)和產(chǎn)品代數(shù) (LPDDR3、LPDDR4等)影響,而頻率、位寬、通道數(shù)、代數(shù)剛好就是決定RAM帶寬的四個維度,至于計(jì)算公式嘛,免得大伙關(guān)閉瀏覽器,所以不公布 了。簡而言之,RAM容量和RAM帶寬對于系統(tǒng)運(yùn)行速度都有一定的影響。前者表現(xiàn)為多任務(wù)切換時候是否卡頓,后者表現(xiàn)為4K視頻播放時候是否流暢等更多綜 合場景。
4、ROM(UFS、eMMC等)
存儲系統(tǒng)除了RAM還包括ROM,而手機(jī)中ROM又分為常見的eMMC和 UFS,詳細(xì)區(qū)別下文會介紹。eMMC 5.0讀寫速度其實(shí)相比以往機(jī)型已經(jīng)有一定的提升,但是相比UFS 2.0,在加載絕大部分應(yīng)用和大型游戲的時候,總是慢一點(diǎn),當(dāng)然,單獨(dú)測試隨機(jī)小文件讀寫速度和單個大容量文件讀寫速度,相比eMMC 5.0還是快上不少。那么問題來了,既然UFS 2.0那么厲害,和三星S5(eMMC 5.0)上面的USB 3.0接口相比,哪一項(xiàng)措施對于提高文件傳輸速度更有效呢?
5、USB 3.0(三星、ZUK)
USB 3.0接口在三星Note 3首次引入到手機(jī)領(lǐng)域,之后在三星S5上配合eMMC 5.0存儲讓文件傳輸速度得到了一定的提升,三星S6回歸到USB 2.0接口,但是配備了UFS 2.0存儲介質(zhì),究竟是USB 3.0和eMMC 5.0的組合,還是USB 2.0和UFS 2.0的組合,為文件傳輸速度帶來更大的提升呢?答案是后者。當(dāng)然如果在技術(shù)上突破瓶頸,能夠同時兼?zhèn)銾SB 3.0接口和UFS 2.0 ROM,那么文件傳輸速度和系統(tǒng)運(yùn)行速度又會進(jìn)一步提升。
ZUK Z1上的USB 3.0接口
打個比方,將USB 2.0更換成USB 3.0接口,對于傳輸速度來說其實(shí)是改善外因,消除手機(jī)和外界的傳輸瓶頸,而采用UFS 2.0替換掉eMMC 5.0存儲介質(zhì),其實(shí)就是改善內(nèi)因,消除手機(jī)自身內(nèi)部ROM和處理器、RAM之間的傳輸瓶頸,從而做到內(nèi)外兼修,合力優(yōu)化手機(jī)的整體文件傳輸速度和系統(tǒng)運(yùn) 行速度。
6、系統(tǒng)優(yōu)化(做“減法”)
這兩年尤其多廠商采納這種方法,畢竟不是每家廠商都能夠掌控著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā) 展,反而從自身角度出發(fā)優(yōu)化系統(tǒng)內(nèi)部,對手機(jī)廠商來說更顯得輕松。一加手機(jī)的“氫OS”、ZUK的ZUI、IUNI的IUNI OS、魅族的Flyme都是對Android系統(tǒng)做“減法”的經(jīng)典代表。
做“減法”的系統(tǒng)
所謂“減法”其實(shí)就是閹割掉那些無關(guān)痛癢的功能,減少系統(tǒng)預(yù)裝應(yīng)用,減少系統(tǒng)過于復(fù)雜的動畫效果和人機(jī)交互,減少后臺應(yīng)用經(jīng)常自啟動頻率,減少開啟一個 應(yīng)用(例如百度瀏覽器)順帶將其家族應(yīng)用全部一并開啟(百度客戶端、糯米網(wǎng)、百度外賣、百度地圖等),諸如此類的措施,其實(shí)都是為了減少系統(tǒng)的卡頓,減少 刷微博和玩大型游戲時候突如其來的停頓。
配合今期文章重點(diǎn)討論的“半導(dǎo)體”主題,同時,由于之前在Qualcomm驍龍820相關(guān)文章中和各位分享過手機(jī)處理器架構(gòu)和工藝制程等歷史。今天的文章小編重點(diǎn)介紹一下半導(dǎo)體領(lǐng)域的另外兩種很重要的芯片——RAM和ROM(也就是上面第三和第四點(diǎn)內(nèi)容)。
RAM和ROM發(fā)展歷史回顧
LPDDR4和UFS 2.0分別屬于RAM和ROM兩種不同存儲介質(zhì)技術(shù),接下來我們分別回顧一下這兩種技術(shù)和PC上DDR內(nèi)存、SSD硬盤之間的歷史演進(jìn)關(guān)系。
三星DDR和LPDDR里程碑節(jié)點(diǎn)
DDR和LPDDR其實(shí)都是DRAM,而全球三大DRAM廠商之中,又以三星和智能手機(jī)關(guān)系頗為密切,為了方便讀者理解,以三星為例看看DRAM歷史的 演進(jìn)過程。美光和SK海力士的歷史演進(jìn)也類似。半導(dǎo)體更新迭代大致按照摩爾定律推測,而架構(gòu)和工藝制程的更新成為了最主要的兩條主線,處理器如此,RAM 和ROM也如此。從上面表格可得,DDR和LPDDR除了在架構(gòu)上從DDR逐步更新到如今的DDR4和LPDDR4,工藝制程上也從5xnm一路更新到如 今的2xnm。
和處理器類似,18nm和20nm只是不同廠商在同一代工藝節(jié)點(diǎn)上表現(xiàn)出來的數(shù)值誤差,實(shí)則上并沒有跨越兩代工藝制程,另一方面,10nm和Post-DDR4只是三星的愿景,暫時還沒有實(shí)現(xiàn)。
LPDDR和DDR重大歷史回顧
縱觀LPDDR和DDR歷史,制定固態(tài)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的JEDEC協(xié)會對DDR和LPDDR兩種技術(shù)提出了標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。將智能手機(jī)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展關(guān)聯(lián)起來,12 年5月發(fā)布的LPDDR3標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范,13年3月的三星S4正式用上了,同年7月,三星Note 3也沖上了3GB RAM的高度。14年8月,JEDEC發(fā)布了LPDDR4標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范,并定義最高頻率為3200MHz。15年3月,MWC上三星發(fā)布了搭載LPDDR4 RAM的三星S6和三星S6 Edge,同年8月,三星發(fā)布的另外兩款旗艦——三星Note 5和三星S6 edge+將RAM容量提高到4GB。
SSD和ROM領(lǐng)域
先來解釋一下上面表格出現(xiàn)的一些專業(yè)術(shù)語,SSD是固態(tài)硬盤,ROM是手機(jī)存儲。它們兩者歸根到底其實(shí)都是NAND Flash,下文會詳細(xì)介紹SSD和ROM之間的關(guān)聯(lián)。SSD根據(jù)成本和存儲顆粒壽命再細(xì)分為TLC SSD、MLC SSD、SLC SSD(相同容量前提下,上述三者一般來說成本和壽命依次提高),而U盤和SD存儲卡其實(shí)也是TLC SSD的一種形態(tài)。2D NAND是早期的一種SSD內(nèi)部顆粒排列技術(shù),而V-NAND則是如今由三星主導(dǎo)的3D平面上全新的顆粒排列技術(shù),通過把內(nèi)存顆粒堆疊在一起來解決2D NAND閃存帶來的容量限制等問題。類似技術(shù)還有3D NAND,則是由Intel和美光合資的IMFT主導(dǎo)。
熟悉固態(tài)硬盤的消費(fèi)者應(yīng) 該知道早期的消費(fèi)級SSD主要是以MLC顆粒為主流的,SLC比較昂貴,TLC未成氣候,所以成本上始終無法進(jìn)一步降低。TLC壽命短和易損壞的弊病導(dǎo)致 在2012年以前,它們一般只用在U盤和SD存儲卡上,但是由于技術(shù)進(jìn)步,TLC顆粒壽命得到了控制,從此出現(xiàn)了采用TLC顆粒的840和840 EVO SSD,進(jìn)一步將成本降低,也讓SSD開始走近平民百姓。
如今除了三星,浦科特、金士頓、SK海力士等廠商也紛紛推出采用TLC顆粒 的SSD。另一方面,除了存儲顆粒本身的不同,存儲顆粒之間排列方式也發(fā)生了改變,從剛開始的2D平面排列上升到立體空間3D排列,也就是如今的V- NAND排列方式。不知不覺,這種排列方式已經(jīng)經(jīng)歷了3代產(chǎn)品,850 PRO和850 EVO在較早前也成功升級換代,分別換上了第三代V-NAND排列的MLC芯片和TLC芯片,進(jìn)一步增大了存儲容量,突破4TB級別的里程碑。Intel 和美光合資公司IMFT則稱類似技術(shù)為3D NAND。
eMMC和UFS重要?dú)v史回顧
在ROM領(lǐng)域,2013年10月,JEDEC發(fā)布eMMC 5.0標(biāo)準(zhǔn),其實(shí)同年7月底,三星已經(jīng)能夠量產(chǎn)eMMC 5.0存儲產(chǎn)品。在業(yè)界開始準(zhǔn)備采用UFS這種新的存儲介質(zhì)取代eMMC的時候,在13年9月JEDEC發(fā)布UFS 2.0標(biāo)準(zhǔn)之后,相隔不到兩年,15年3月,三星就在MWC上正式發(fā)布搭載了UFS 2.0的手機(jī)。
LPDDR4
在介紹LPDDR4和UFS 2.0兩項(xiàng)在RAM和ROM領(lǐng)域最新技術(shù)之前,我們先來介紹一下JEDEC這個組織。
根據(jù)百度百科的定義,JEDEC固態(tài)技術(shù)協(xié)會(JEDEC Solid State Technology Association)是微電子產(chǎn)業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)標(biāo)準(zhǔn)機(jī)構(gòu),作為一個全球性的組織,JEDEC所制定的標(biāo)準(zhǔn)在過去50余年的時間里,已經(jīng)被全行業(yè)廣泛接受和采 納。JEDEC的主要功能包括術(shù)語、定義、產(chǎn)品特征描述與操作、測試方法、生產(chǎn)支持功能、產(chǎn)品質(zhì)量與可靠性、機(jī)械外形、固態(tài)存儲器、DRAM、閃存卡及模 塊、以及射頻識別(RFID)標(biāo)簽等的確定與標(biāo)準(zhǔn)化。所以才會有今天的LPDDR4和UFS 2.0標(biāo)準(zhǔn)出臺。
JEDEC固態(tài)技術(shù)協(xié)會 在14年8月發(fā)布的新一代低功耗內(nèi)存標(biāo)準(zhǔn)LPDDR4(Low Power Double Data Rate 4),是面向低功耗內(nèi)存而制定的通信標(biāo)準(zhǔn),以低功耗和小體積著稱,專門用于移動式電子產(chǎn)品,例如智能手機(jī)。下面我們看看臺式機(jī)、筆記本和服務(wù)器領(lǐng)域的 DDR標(biāo)準(zhǔn)和LPDDR標(biāo)準(zhǔn)的一些區(qū)別。
DDR和LPDDR區(qū)別
如上所示,LPDDR的運(yùn)行電壓(工作電壓)相比DDR的標(biāo)準(zhǔn)電壓要低,這也符合了低功耗小體積的身份和定位,另一方面,兩種標(biāo)準(zhǔn)版本迭代時間并不是一致的,DDR4相比LPDDR4標(biāo)準(zhǔn)制定和出臺要早上不少。
接著我們對比一下LPDDR3和LPDDR4之間區(qū)別,前者和LPDDR2類似,采用單通道設(shè)計(jì),而且位寬只有16bit,理論上最高工作頻率為 2133MHz。LPDDR4采用了雙通道設(shè)計(jì),即使依然是16bit的位寬,但是由于引入了雙通道的概念,所以最終能夠?qū)崿F(xiàn)32bit的位寬,同時最高 工作頻率提升到3200MHz,上文小編提及過,決定RAM傳輸帶寬的幾個要素之中,LPDDR4都有針對性地提高,所以帶來的系統(tǒng)運(yùn)行速度和文件傳輸速 度的提升也會比較明顯。
UFS 2.0
目前市面上主流的ROM標(biāo)準(zhǔn)有兩種 ——eMMC 5.0和UFS 2.0,它們都屬于NAND Flash。前者有更成熟的生產(chǎn)工藝,后者有更強(qiáng)大的性能。換句話說,上面兩種存儲標(biāo)準(zhǔn)其實(shí)可以看作是SD存儲卡和U盤的近親,不過相比micro-SD 卡,eMMC 5.0和UFS 2.0無論是傳輸速度還是可靠性上都要高上不少。
eMMC (Embedded Multi Media Card) 為MMC協(xié)會所訂立的、主要是針對手機(jī)或平板電腦等產(chǎn)品的內(nèi)嵌式存儲器標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格。eMMC目前是主流的便攜移動產(chǎn)品解決方案,目的在于簡化終端產(chǎn)品存儲器 的設(shè)計(jì)。由于手機(jī)內(nèi)部NAND Flash芯片來自不同廠牌,包括三星、東芝、海力士、美光等,當(dāng)設(shè)計(jì)廠商在導(dǎo)入時,都需要根據(jù)每家公司的產(chǎn)品和技術(shù)特性來重新設(shè)計(jì),過去并沒有一種技術(shù) 能夠通用所有廠牌的NAND Flash芯片。
eMMC的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),就是為了簡化NAND Flash的使用,將NAND Flash芯片和控制芯片設(shè)計(jì)成1顆MCP芯片,手機(jī)客戶只需要采購MCP芯片并放進(jìn)新手機(jī)中,無須處理其它繁復(fù)的NAND Flash兼容性和管理問題,最大優(yōu)點(diǎn)是縮短新產(chǎn)品的上市周期和研發(fā)成本,讓其更快地推出市場。
eMMC 4.4的讀取速度大約為104MB/s,eMMC 4.5則為200MB/s,eMMC 5.0為400MB/s,但是因?yàn)槭褂玫氖?位并行總線,因此性能潛力已經(jīng)基本到達(dá)瓶頸,以最新的eMMC 5.1規(guī)范來說,其理論讀取速度為600MB/s左右,性能的大提升基本是不可能的了。
UFS是未來的主流存儲標(biāo)準(zhǔn)
2011年JEDEC發(fā)布了第一代通用閃存存儲(Universal Flash Storage,簡稱UFS)標(biāo)準(zhǔn),希望能夠替代eMMC。然而,第一代的UFS并不受歡迎。2013年9月,JEDEC發(fā)布了新一代的通用閃存存儲標(biāo)準(zhǔn) UFS 2.0,該標(biāo)準(zhǔn)下的閃存讀寫速度可以高達(dá)1400MB/s,這相當(dāng)于在2s內(nèi)讀寫兩個CD光盤的數(shù)據(jù)。
與eMMC不同,UFS 2.0的閃存規(guī)格采用了新的標(biāo)準(zhǔn),它使用的是串行總線,類似機(jī)械硬盤的PATA接口向SATA接口的轉(zhuǎn)變,并行總線就是每一次能夠傳輸多個二進(jìn)制位數(shù)據(jù), 而串行總線就是每一次只能夠傳輸一個二進(jìn)制位數(shù)據(jù),看樣子好像并行總線更好,實(shí)則不然,雖然上面提及到eMMC擁有8位并行總線,每一次能夠傳輸8個二進(jìn) 制位,但是如果串行總線每一次傳輸數(shù)據(jù)的速度足夠快,并行總線傳輸一次的時間,串行總線已經(jīng)傳輸了10次甚至20次,這樣的話,串行總線就能夠在相同時間 內(nèi)傳輸10位甚至20位數(shù)據(jù)。
另一方面,UFS 2.0支持全雙工運(yùn)行,可同時進(jìn)行讀寫操作,讀取和寫入操作都有專門的通道,還支持指令隊(duì)列。相比之下,eMMC是半雙工,讀寫必須分開執(zhí)行,讀取和寫入 操作共用同一條通道,指令也是打包的,在速度上就已經(jīng)略遜一籌了。打個比方,單車道和雙車道的區(qū)別不用多解釋也知道哪條車道的行車更加順暢,關(guān)鍵是,那條 單車道還是分時復(fù)用車道,這段時間全部車輛只能自西向東行駛,下一段時間全部車輛只能自東向西行駛,工作效率不如兩條獨(dú)立車道,分別引導(dǎo)兩個不同方向的車 流。而且UFS 2.0芯片不僅傳輸速度快,功耗也要比eMMC 5.0低一半,可以說是日后旗艦手機(jī)閃存的理想搭配。
最后讓我們看看臺式機(jī)/筆記本/服務(wù)器上SSD和智能手機(jī)中ROM的共同點(diǎn)和不同之處。
眾所周知,SSD是固態(tài)硬盤,主要由主控制器、閃存芯片陣列(陣列、陣列、陣列,重要事情說三遍)和緩存組成。緩存有時候也能夠集成在主控芯片內(nèi)。主控 制器作用等同于手機(jī)中的處理器,負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)閃存芯片陣列中單個閃存芯片之間,閃存芯片陣列和緩存之間,還有協(xié)調(diào)SSD和外部電路(例如臺式機(jī)內(nèi)存、處理器) 的數(shù)據(jù)傳輸。
eMMC更像是微型版的SSD,將主控、緩存和閃存同時集合在一塊芯片中,注意,只有一塊閃存而不是閃存陣列,這就是 SSD和eMMC最明顯的區(qū)別,另外,主控、緩存和閃存一般是通過BGA封裝方式封裝成一塊MCP芯片,這種芯片集成度相當(dāng)高,更適合塞進(jìn)去體積較小的手 機(jī)中。
總結(jié):簡簡單單的一臺智能手機(jī),背后卻隱藏著強(qiáng)大的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè),毫不夸張地說,處理器、RAM、ROM、基帶芯片、攝像頭CMOS,還有SoC主板上大大小小功能不同的芯片,其實(shí)都來源于半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)。半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)對智能手機(jī)的發(fā)展起到推波助瀾的重要作用。
同時我們也要意識到半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)在我國的尷尬地位,這也是如今國產(chǎn)廠商經(jīng)常說支持“新國貨運(yùn)動”的最大難關(guān),在信息化時代,除了手機(jī),身邊電子數(shù)碼產(chǎn)品、 智能穿戴設(shè)備、家庭影音系統(tǒng)等設(shè)備基本上都是以半導(dǎo)體為核心元件的,只有掌握了半導(dǎo)體核心技術(shù),擁有自己的晶圓廠,真正做到制霸半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè),才有資格擺脫 半導(dǎo)體領(lǐng)域那些巨鱷對上游供應(yīng)商的把控,做到自產(chǎn)自銷,降低成本,將最先進(jìn)的半導(dǎo)體技術(shù)推向全球,從做產(chǎn)品、再到做服務(wù)、最后制定行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。也只有在那個 時候,“新國貨運(yùn)動”才能夠真正打響