Les nouvelles options à bas coût changent la donne pour les ingénieurs
La mémoire flash NAND pour votre application intégrée vous est proposée dans un grand nombre de boîtiers différents. Si vous concevez un nouveau produit, vous pouvez le considérer selon deux types de base -puces et modules. Ces deux types de produits remplissent la même fonction, mais avec différents boîtiers, puissance et performance. Un nombre déroutant d'options de stockage NAND est proposé de nos jours. Examinons-en quelques uns.
Les périphériques flash de type puce comportent des SPI série ou des interfaces parallèles 8 bits et sont proposés en versions NAND ou NOR. Et puis il y a le choix entre NAND SLC et MLC. Nous allons nous concentrer sur le NAND MLC économique (deux ou trois bits / cellule). Une matrice de mémoire flash NAND est organisée en plusieurs blocs. Chaque octet d'un de ces blocs peut être écrit individuellement, mais un bloc est la partie effaçable la plus petite de la matrice.
Flash NAND parallèle MLC
Le S34ML08G1 par Spansion (Cypress) constitue un bon exemple de puce NAND avec Entrées/Sorties parallèles x8. Cette puce 8 Gbit, 3,3 V est disponible en boîtier 48 broches TSOP 12 x 20 ou 63 balles BGA 9 x 11 et utilise l'Open NAND Flash Interface (ONFI) version 1.0. Elle est économique à moins de 9 $, fonctionne à des températures dépassant -40 ° à 85 ° C, et a un temps d'accès de 25 ms. La nouvelle spécification ONFI version 2.2 est la spécification la plus largement utilisée aujourd'hui pour ce type d'appareil et a été ratifiée en Octobre 2009. La norme encore plus récente ONFI 3 fonctionne deux fois plus vite qu'ONFI 2, à 400 M transferts/ seconde. La spécification 3.0 a été publiée en mars 2011 et utilise une alimentation de 1,8 V. Il n'y a pas beaucoup de puces 3.0 disponibles ; toutefois, un bon exemple est la Micron MT29F128G08CB, un appareil 128 Gbit (16G X 8) ONFI 3.0.
Figure 1 : la mémoire Spansion utilise une interface conforme à la spécification ONFI. (Source : www.spansion.com)
Stockage flash eMMC
Depuis leur apparition, la plupart des smartphones et tablettes ont utilisé le stockage flash eMMC. Bien que similaire aux puces de mémoire flash NAND utilisées dans les SSD, l'interface eMMC se concentre sur la faible puissance, autour d'un demi-watt en lecture ou en écriture. Les périphériques eMMC sont des puces qui fournissent la manipulation des données et portent des fonctions de gestion qu'aucun ingénieur ne voudrait gérer s'il/si elle n'y était pas obligé(e). Peut-être encore plus important, ces puces comportent une gestion ECC et des blocs défectueux.
Les appareils eMMC ont connu des améliorations de la vitesse de lecture et écriture au fil du temps, passant de 104 Mo/s (eMMC V4.41) à 200 Mo/s (V4.5), à 400 Mo/s (V5.0). eMMC est basé sur une interface parallèle 8 bits, et l'évolutivité de la performance de son interface a atteint ses limites. La Spansion S40410161B1 eMMC IC 16 Go est compatible avec la spécification JEDEC 4.51. Elle utilise une alimentation 3.3 V VCC et 1.8 V/3.3 V VCCQ sélectionnable. Le choix de boîtiers inclut le 153 balles VFBGA (11,5 x 13 mm standard de l'industrie, pas de balle de 0,5 mm) et le grand 100 balles LBGA (14 x 18 mm, 1,0 mm de pas de balle).
Figure 2 : mémoire Toshiba eMMC V5.1. (Source : www.toshiba.com/tai)
Toshiba échantillonne désormais ses appareils 5.1 en versions 16 Go (THGBMBG7D2KBAIL) et 32-Go eMMC, avec des produits 64 et 128 Go à suivre. Vous trouverez ici d'autres puces Toshiba eMCC. Micron propose la puce MTFC8GACAANA-4M IT 8 Go eMMC V4.5 dans un boîtier 100 broches TBGA. Cet appareil fonctionne de -40 ° à 85 ° C avec une tension d'alimentation de 2,7 à 3,6 V. En mode veille cette puce utilise seulement 180 µA.
Stockage flash universel
UFS - le stockage flash universel- cherche à devenir un successeur plus rapide à eMMC. UFS utilise une interface série PCIe. Il existe des versions à deux et à quatre voies, et la technologie est dominée par Toshiba et Samsung. Les deux voies fournissent un total de 5,8 Gbits/s (~ 725 Mo/s), de bande passante et quatre voies, le double. UFS apporte également un fonctionnement en duplex intégral (lecture et écriture simultanément) et de mise en file d'attente de commande. C'est une norme définie par le JEDEC.L'offre de Samsung sera proposée en versions 128, 64 et 32-Go. Cependant, après toutes les discussions sur l'UFS, des échantillons en 2013 et la phase de production de 2014, il n'y a pas encore de disponibilité générale. Peut-être que ces puces ne sont actuellement en cours d'utilisation que dans des appareils mobiles nécessitant des volumes élevés. Toshiba cite les appareils THGLF2Gxxxxxx 32 et 64 Go sur son site internet, mais il ne semble pas y avoir de disponibilité à ce jour.
module SSD
Vous pouvez bien sûr utiliser la norme SSD, ce que j'appelle l'aspect « module » du stockage intégré. Les disques durs SATA de 2,5 pouces sont bon marché et d'usage simple, mais la dernière nouveauté en SSD en petit format M2 est celle à considérer pour l'usage intégré. Avec les interfaces mSATA et NVME, elle vous épatera. Le format M.2 permet trois différentes largeurs et longueurs de modules, 22 x 80 mm, avec 3,8 mm de hauteur, étant la plus populaire. La taille est d'environ la longueur d'une gomme. La norme M.2 constitue essentiellement une mise en œuvre à petit facteur de forme de l'interface SATA Express (qui fournit la prise en charge de PCI Express 3.0 et ATA Série 3.0), avec l'ajout d'une interface interne USB 3.0.
Le facteur forme mSATA est apparu brièvement le temps d'une génération de cartes-mères et d'ordinateurs portables. Le SSD mSATA suit la spécification SATA III avec une performance maximale de 6 Gbit/s et ressemblent beaucoup aux appareils mini-PCI-Express, mais les deux raccordements ne sont pas compatibles entre eux. mSATA a été éliminé et remplacé par le M.2 mieux conçu. Il existe aussi des cartes au format SATA Express pour cartes-mères avec une vitesse plus importante de 10 Gbit/s. Cependant, il est difficile de savoir si celles-ci perdureront. Le format M.2 et l'interconnexion perdureront probablement, cependant. Le raccordement M.2 peut connecter à la fois les disques SSD basés sur PCI Express et sur SATA, mais est généralement basé sur PCI Express uniquement.
SSD PCI Express avec AHCI ou NVMe
Il y a un certain nombre de SSD M.2 PCI Express disponibles. Ils comportent tous le même raccordement M.2 avec deux voies PCI Express. Certains comportent le pilote AHCI (Advanced Host Controller Interface), offrant une compatibilité ascendante avec la prise en charge de SATA répandue dans les systèmes d'exploitation. Utilisation d'AHCI pour accéder au SSD PCI Express est une mise à niveau facile qui ne permet pas d'obtenir une performance optimale de l'interface PCIe. L'AHCI a été développée à l'époque où l'objectif d'un adaptateur de bus hôte (HBA) dans un système était de relier le sous-système CPU/mémoire avec un sous-système de stockage plus lent basé sur un disque dur, et en tant que tel comporte certaines insuffisances intrinsèques lorsqu'elle est appliquée aux appareils SSD.
En utilisant la même interface PCI Express physique, certains SSD prennent en charge le pilote NVMe - un système logiciel contrôleur hôte évolutif avec une performance supérieure qui capitalise sur la faible latence et le parallélisme des SSD PCI Express.
Quelques exemples de SSD M.2
Le SSD SM951 M.2 de Samsung utilise PCIe Gen 3 et est livré avec le protocole ACHI, ou le protocole NVMe, et une capacité de 512-, 256 et 128-Go. La version NVMe est supposée fournir des vitesses séquentielles de lecture / écriture très élevées de 2 260 / 1 550 Mo/s (la version de 512 Go) et jusqu'à 300k en lecture IOPS, ce qui est plus de deux fois plus rapide que son équivalent AHCI et plus de trois fois plus rapide qu'un disque SSD à base de SATA. 4k de lectures aléatoires surviennent à 90 KIOPS, ce qui est seulement un peu mieux que la plupart des SSD. Le lecteur a adopté le mode de veille L1.2 faible puissance, tel que défini par PCI-SIG, dont la puissance est réduite à moins de 2 mW. 50 mW seulement sont nécessaires en mode de fonctionnement à faible puissance L1, et le fonctionnement à pleine vitesse nécessite 6,5 W.