Emmc vs. SSD: Vergleich eingebetteter Speicheroptionen

Bei der Entwicklung von Embedded-Systemen ist die Wahl des Speichermediums entscheidend und wirkt sich direkt auf die Leistung, die Kosten und die Zuverlässigkeit des Geräts aus. Angesichts der wachsenden Nachfrage nach Massenspeichern müssen sich Ingenieure oft mit den Vor- und Nachteilen von zwei dominierenden Solid-State-Speichertechnologien auseinandersetzen: eMMC (embedded MultiMediaCard) und SSD (Solid State Drive). Obwohl beide die Vorteile von Solid-State-Speichern bieten, unterscheiden sie sich erheblich in Bezug auf Anwendungsszenarien, Leistungsmerkmale und Kosteneffizienz. Dieser Artikel bietet eine eingehende Analyse der eMMC- und SSD-Technologien sowie praktische Anwendungsfälle, um Entwicklern bei fundierten Entscheidungen zu helfen.

eMMC: Die kostengünstige Embedded-Speicherlösung

Die Geschichte von eMMC beginnt mit seinem Vorgänger, der MMC (MultiMediaCard), die 1997 als tragbare Speicherlösung für Digitalkameras, Mobiltelefone und PDAs eingeführt wurde. 1999 entstand das SD-Format (Secure Digital), um den Schutz des digitalen Musik-Urheberrechts zu gewährleisten, und verdrängte schließlich die MMC in der Unterhaltungselektronik aufgrund ihrer geringeren Größe und der Unterstützung des Digital Rights Management. Die MMC-Technologie entwickelte sich jedoch zu ihrer eingebetteten Form – eMMC – weiter, die heute in Embedded-Systemen weit verbreitet ist.

JEDEC (Solid State Technology Association) definiert eMMC als "ein eingebettetes nichtflüchtiges Speichersystem, das aus Flash-Speicher und einem Flash-Speicher-Controller besteht, wodurch das Design der Anwendungsschnittstelle vereinfacht und der Host-Prozessor von der Low-Level-Flash-Verwaltung entlastet wird". Beachten Sie, dass der offizielle Name einen Punkt zwischen "e" und dem ersten "M" enthält, obwohl in diesem Artikel "eMMC" zur Konsistenz verwendet wird.

Der neueste elektrische eMMC-Standard ist Version 5.1, die von JEDEC im Januar 2019 (JESD84-B51A) veröffentlicht wurde. Im Gegensatz zu SD-Karten wird eMMC in IC/Chip-Gehäusen geliefert, die typischerweise als verpackter Chip oder Bare Die auf eine Leiterplatte des Produkts gelötet werden.

Die eMMC-Kapazitäten reichen typischerweise von wenigen GB bis zu mehreren hundert GB. Die AXO-Serie von Flexxon bietet beispielsweise bis zu 512 GB mit 3D-TLC-NAND-Flash-Technologie. Die meisten Embedded-Anwendungen benötigen jedoch nur wenige GB, insbesondere wenn Cloud-Speicher die lokale Kapazität ergänzt. Einige Computerplattformen kombinieren sowohl eMMC- als auch SSD-Speicher.

SSD: Die Hochleistungs-Alternative mit hoher Kapazität

SSDs bieten im Allgemeinen eine größere Kapazität als eMMC, die von 128 GB bis zu mehreren Terabyte reicht. Die Kapazität ist jedoch nicht der einzige Unterscheidungsfaktor:

• Geschwindigkeit: SSDs übertreffen eMMC deutlich. eMMC 5.1 liefert sequenzielle Lesegeschwindigkeiten von 250 MB/s und Schreibgeschwindigkeiten von 125 MB/s, während SATA III SSDs 500 MB/s für beides erreichen. NVMe-SSDs gehen noch weiter – Samsungs 2022 990 Pro (M.2-Schnittstelle) bietet Lesegeschwindigkeiten von 7.450 MB/s und Schreibgeschwindigkeiten von 6.900 MB/s.
• Haltbarkeit: SSDs verfügen typischerweise über überlegene Wear-Leveling-Mechanismen, die die Lebensdauer des Speichers verlängern.

Trotz dieser Vorteile machen SSDs eMMC nicht überflüssig. Höhere Kosten halten eMMC für preisbewusste Laptops und PCs relevant.

Anwendungsszenarien: Auswahl zwischen eMMC und SSD

Die Wahl zwischen eMMC und SSD hängt von den spezifischen Anwendungsanforderungen ab. Hochleistungs-Industriecomputer oder Embedded-Systeme, die große Speicherkapazitäten benötigen, profitieren von SSDs. Umgekehrt sind Anwendungen, die nur wenige GB Speicher mit kleinem Budget benötigen, mit eMMC wirtschaftlicher.

Die Automotive-eMMC von Flexxon treibt beispielsweise Navigations- und Infotainment-Systeme an – einschließlich 3D-Karten, Dashcams, Satellitenradio, Betriebssystemen/Apps für autonomes Fahren, Telematik und Verkehrsüberwachung. Diese Lösungen wurden für raue Umgebungen entwickelt und bieten eine längere Lebensdauer und stabile Leistung.

Kaufüberlegungen: Benchmarking und Kapazitätsplanung

Unabhängig von der Technologie ist Benchmarking unerlässlich – die Leistung variiert je nach eMMC- und SSD-Produkt. Darüber hinaus erweist sich die Auswahl einer etwas höheren Kapazität als sofort benötigt als umsichtig, insbesondere für NAND-Flash-Speicher mit begrenzten Wear-Leveling-Funktionen.

Technischer Deep Dive: eMMC

Interne Architektur

eMMC integriert NAND-Flash und einen Controller in einem einzigen Gehäuse, wodurch das Design des Host-Systems vereinfacht wird. Zu den Hauptkomponenten gehören:

• NAND-Flash: Typischerweise TLC- oder MLC-Typ, wobei 3D-NAND die Kapazität und Haltbarkeit erhöht.
• Controller: Verwaltet Vorgänge wie Daten-E/A, Wear-Leveling und Bad-Block-Management.
• Schnittstelle: Parallele Schnittstelle, die bis zu 400 MB/s (eMMC 5.1) unterstützt.

Hauptmerkmale

• Integriertes Design, das die Entwicklungskomplexität reduziert
• JEDEC-Standardisierung, die die Kompatibilität gewährleistet
• Ausgewogene Leistung und Energieeffizienz
• Integrierte Zuverlässigkeits- und Sicherheitsfunktionen

Technischer Deep Dive: SSD

Interne Architektur

SSDs verwenden mehrere NAND-Flash-Chips, die von einem hochentwickelten Prozessor gesteuert werden. Wichtige Elemente sind:

• NAND-Flash: SLC-, MLC- oder TLC-Typen, wobei 3D-NAND die Dichte erhöht.
• Controller: Oftmals Multi-Core mit DRAM-Cache für hohen Durchsatz.
• Schnittstelle: SATA, PCIe oder NVMe (letzteres maximiert die PCIe-Bandbreite).

Hauptmerkmale

• Außergewöhnliche Geschwindigkeit, die mechanische Laufwerke übertrifft
• Stoßfestigkeit und geräuschloser Betrieb
• Erweitertes Wear-Leveling und Garbage Collection
• Kompakte Formfaktoren für platzbeschränkte Anwendungen

Vergleichende Analyse: eMMC vs. SSD

Zukünftige Trends

Beide Technologien entwickeln sich weiter – eMMC in Richtung höherer Dichten und intelligenterer Controller, SSDs in Richtung PCIe 5.0/6.0-Schnittstellen und neuer Speichertechnologien wie 3D XPoint. Diese Fortschritte werden ihre Anwendungslandschaften weiter diversifizieren.