Emmc vs. SSD: Vergelijking van ingebouwde opslagopties

Bij het ontwerpen van embedded systemen is de keuze van het opslagmedium cruciaal en heeft direct invloed op de prestaties, kosten en betrouwbaarheid van het apparaat. Met de groeiende vraag naar massale gegevensopslag, staan ingenieurs vaak voor de afweging van de voor- en nadelen van twee dominante solid-state opslagtechnologieën: eMMC (embedded MultiMediaCard) en SSD (Solid State Drive). Hoewel beide de voordelen van solid-state opslag bieden, verschillen ze aanzienlijk in toepassingsscenario's, prestatiekenmerken en kosteneffectiviteit. Dit artikel biedt een diepgaande analyse van eMMC- en SSD-technologieën, samen met praktische use cases, om ontwerpers te helpen weloverwogen beslissingen te nemen.

eMMC: De kosteneffectieve embedded opslagoplossing

Het verhaal van eMMC begint met zijn voorganger, de MMC (MultiMediaCard), geïntroduceerd in 1997 als een draagbare opslagoplossing voor digitale camera's, mobiele telefoons en PDA's. In 1999 kwam het SD (Secure Digital)-formaat op de markt om te voldoen aan de behoeften van digitale muziekcopyrightbescherming, en verving uiteindelijk MMC in consumentenelektronica vanwege zijn kleinere formaat en ondersteuning voor digitaal rechtenbeheer. De MMC-technologie evolueerde echter naar zijn embedded vorm - eMMC - die tegenwoordig nog steeds veel wordt gebruikt in embedded systemen.

JEDEC (Solid State Technology Association) definieert eMMC als "een embedded niet-vluchtig geheugensysteem, bestaande uit flashgeheugen en een flashgeheugencontroller, dat het ontwerp van de applicatie-interface vereenvoudigt en de hostprocessor ontlast van flashbeheer op laag niveau." Merk op dat de officiële naam een punt bevat tussen "e" en de eerste "M", hoewel dit artikel "eMMC" zal gebruiken voor consistentie.

De nieuwste eMMC-elektrische standaard is versie 5.1, uitgebracht door JEDEC in januari 2019 (JESD84-B51A). In tegenstelling tot SD-kaarten wordt eMMC geleverd in IC/chipverpakking, meestal gesoldeerd op een PCB van een product, hetzij als een verpakte chip of als een kale chip.

eMMC-capaciteiten variëren doorgaans van een paar GB tot enkele honderden GB. De AXO-serie van Flexxon biedt bijvoorbeeld tot 512 GB met behulp van 3D TLC NAND-flash-technologie. De meeste embedded applicaties hebben echter slechts een paar GB nodig, vooral wanneer cloudopslag de lokale capaciteit aanvult. Sommige computerplatforms combineren zowel eMMC- als SSD-opslag.

SSD: Het high-performance, high-capacity alternatief

SSD's bieden over het algemeen een grotere capaciteit dan eMMC, variërend van 128 GB tot meerdere terabytes. Capaciteit is echter niet de enige onderscheidende factor:

• Snelheid: SSD's presteren aanzienlijk beter dan eMMC. eMMC 5.1 levert sequentiële leessnelheden van 250 MB/s en schrijfsnelheden van 125 MB/s, terwijl SATA III SSD's 500 MB/s halen voor beide. NVMe SSD's verleggen de grenzen verder - de 2022 990 Pro (M.2-interface) van Samsung beschikt over leessnelheden van 7.450 MB/s en schrijfsnelheden van 6.900 MB/s.
• Duurzaamheid: SSD's beschikken doorgaans over superieure wear-leveling mechanismen, waardoor de levensduur van de opslag wordt verlengd.

Ondanks deze voordelen maakt SSD's eMMC niet overbodig. Hogere kosten houden eMMC relevant voor budgetvriendelijke laptops en pc's.

Toepassingsscenario's: kiezen tussen eMMC en SSD

De keuze tussen eMMC en SSD hangt af van specifieke applicatievereisten. High-performance industriële computers of embedded systemen die grote opslagcapaciteiten vereisen, profiteren van SSD's. Omgekeerd vinden applicaties die slechts een paar GB opslagruimte nodig hebben met een beperkt budget eMMC economischer.

De automotive-grade eMMC van Flexxon drijft bijvoorbeeld navigatie- en infotainmentsystemen aan - waaronder 3D-kaarten, dashcams, satellietradio, autonome besturingssystemen/apps, telematica en verkeersmonitoring. Ontworpen voor zware omgevingen, bieden deze oplossingen een langere levensduur en stabiele prestaties.

Aankoopoverwegingen: benchmarking en capaciteitsplanning

Ongeacht de technologie is benchmarking essentieel - de prestaties variëren tussen eMMC- en SSD-producten. Bovendien is het verstandig om een iets hogere capaciteit te selecteren dan direct nodig is, met name voor NAND-flash-opslag met beperkte wear-leveling mogelijkheden.

Technische diepe duik: eMMC

Interne architectuur

eMMC integreert NAND-flash en een controller in één pakket, waardoor het ontwerp van het hostsysteem wordt vereenvoudigd. Belangrijkste componenten zijn:

• NAND Flash: Meestal TLC- of MLC-type, met 3D NAND die de capaciteit en duurzaamheid verhoogt.
• Controller: Beheert bewerkingen zoals data I/O, wear-leveling en bad block management.
• Interface: Parallelle interface die tot 400 MB/s ondersteunt (eMMC 5.1).

Belangrijkste kenmerken

• Geïntegreerd ontwerp dat de ontwikkelingscomplexiteit vermindert
• JEDEC-standaardisatie die compatibiliteit garandeert
• Evenwichtige prestaties en energie-efficiëntie
• Ingebouwde betrouwbaarheids- en beveiligingsfuncties

Technische diepe duik: SSD

Interne architectuur

SSD's gebruiken meerdere NAND-flashchips die worden bestuurd door een geavanceerde processor. Kritische elementen zijn onder meer:

• NAND Flash: SLC-, MLC- of TLC-typen, met 3D NAND die de dichtheid verbetert.
• Controller: Vaak multi-core met DRAM-cache voor hoge doorvoer.
• Interface: SATA, PCIe of NVMe (de laatste maximaliseert de PCIe-bandbreedte).

Belangrijkste kenmerken

• Uitzonderlijke snelheid die mechanische schijven overtreft
• Schokbestendigheid en stille werking
• Geavanceerde wear-leveling en garbage collection
• Compacte vormfactoren voor ruimtebeperkte applicaties

Vergelijkende analyse: eMMC vs. SSD

Toekomstige trends

Beide technologieën blijven evolueren - eMMC naar hogere dichtheden en slimmere controllers, SSD's naar PCIe 5.0/6.0-interfaces en opkomende geheugentechnologieën zoals 3D XPoint. Deze ontwikkelingen zullen hun toepassingsgebieden verder diversifiëren.