مقایسه eMMC با SSD: مقایسه گزینه‌های ذخیره‌سازی تعبیه‌شده

در طراحی سیستم‌های تعبیه‌شده، انتخاب رسانه ذخیره‌سازی حیاتی است و مستقیماً بر عملکرد، هزینه و قابلیت اطمینان دستگاه تأثیر می‌گذارد. با افزایش تقاضا برای ذخیره‌سازی انبوه داده‌ها، مهندسان اغلب خود را در حال سنجیدن مزایا و معایب دو فناوری ذخیره‌سازی حالت جامد غالب می‌یابند: eMMC (کارت چندرسانه‌ای تعبیه‌شده) و SSD (درایو حالت جامد). در حالی که هر دو مزایای ذخیره‌سازی حالت جامد را ارائه می‌دهند، از نظر سناریوهای کاربردی، ویژگی‌های عملکرد و مقرون‌به‌صرفه بودن تفاوت‌های قابل توجهی دارند. این مقاله یک تجزیه و تحلیل عمیق از فناوری‌های eMMC و SSD، همراه با موارد استفاده عملی، برای کمک به طراحان در تصمیم‌گیری آگاهانه ارائه می‌دهد.

eMMC: راه‌حل ذخیره‌سازی تعبیه‌شده مقرون‌به‌صرفه

داستان eMMC با سلف خود، MMC (کارت چندرسانه‌ای) آغاز می‌شود که در سال 1997 به عنوان یک راه‌حل ذخیره‌سازی قابل حمل برای دوربین‌های دیجیتال، تلفن‌های همراه و PDAها معرفی شد. در سال 1999، فرمت SD (Secure Digital) برای رفع نیازهای حفاظت از حق چاپ موسیقی دیجیتال پدیدار شد و در نهایت به دلیل اندازه کوچکتر و پشتیبانی از مدیریت حقوق دیجیتال، جایگزین MMC در لوازم الکترونیکی مصرفی شد. با این حال، فناوری MMC به شکل تعبیه‌شده خود - eMMC - تکامل یافت که امروزه همچنان در سیستم‌های تعبیه‌شده به طور گسترده مورد استفاده قرار می‌گیرد.

JEDEC (انجمن فناوری حالت جامد) eMMC را به عنوان "یک سیستم حافظه غیر فرار تعبیه‌شده، متشکل از حافظه فلش و یک کنترل‌کننده حافظه فلش، که طراحی رابط برنامه را ساده می‌کند و پردازنده میزبان را از مدیریت فلش سطح پایین رها می‌کند" تعریف می‌کند. توجه داشته باشید که نام رسمی شامل یک نقطه بین "e" و اولین "M" است، اگرچه این مقاله برای سازگاری از "eMMC" استفاده خواهد کرد.

آخرین استاندارد الکتریکی eMMC نسخه 5.1 است که توسط JEDEC در ژانویه 2019 (JESD84-B51A) منتشر شد. برخلاف کارت‌های SD، eMMC در بسته‌بندی IC/chip عرضه می‌شود که معمولاً به PCB محصول یا به عنوان یک تراشه بسته‌بندی شده یا یک قالب خام لحیم می‌شود.

ظرفیت‌های eMMC معمولاً از چند گیگابایت تا چند صد گیگابایت متغیر است. به عنوان مثال، سری AXO شرکت Flexxon تا 512 گیگابایت را با استفاده از فناوری فلش NAND سه بعدی TLC ارائه می‌دهد. با این حال، اکثر برنامه‌های تعبیه‌شده فقط به چند گیگابایت نیاز دارند، به خصوص زمانی که فضای ذخیره‌سازی ابری، ظرفیت محلی را تکمیل می‌کند. برخی از پلتفرم‌های محاسباتی، هر دو فضای ذخیره‌سازی eMMC و SSD را ترکیب می‌کنند.

SSD: جایگزین با عملکرد بالا و ظرفیت بالا

SSDها به طور کلی ظرفیت بیشتری نسبت به eMMC ارائه می‌دهند که از 128 گیگابایت تا چندین ترابایت متغیر است. با این حال، ظرفیت تنها عامل تمایز نیست:

• سرعت: SSDها به طور قابل توجهی از eMMC بهتر عمل می‌کنند. eMMC 5.1 سرعت خواندن متوالی 250 مگابایت بر ثانیه و سرعت نوشتن 125 مگابایت بر ثانیه را ارائه می‌دهد، در حالی که SSDهای SATA III هر دو 500 مگابایت بر ثانیه را به دست می‌آورند. SSDهای NVMe مرزها را بیشتر جابه‌جا می‌کنند - 990 Pro سامسونگ (رابط M.2) در سال 2022 سرعت خواندن 7450 مگابایت بر ثانیه و سرعت نوشتن 6900 مگابایت بر ثانیه را دارد.
• دوام: SSDها معمولاً دارای مکانیسم‌های تراز سایش برتر هستند که طول عمر ذخیره‌سازی را افزایش می‌دهند.

علیرغم این مزایا، SSDها eMMC را منسوخ نمی‌کنند. هزینه‌های بالاتر، eMMC را برای لپ‌تاپ‌ها و رایانه‌های شخصی مقرون‌به‌صرفه مرتبط نگه می‌دارد.

سناریوهای کاربردی: انتخاب بین eMMC و SSD

انتخاب بین eMMC و SSD به الزامات خاص برنامه بستگی دارد. رایانه‌های صنعتی با عملکرد بالا یا سیستم‌های تعبیه‌شده که به ظرفیت‌های ذخیره‌سازی زیادی نیاز دارند، از SSDها بهره‌مند می‌شوند. برعکس، برنامه‌هایی که فقط به چند گیگابایت فضای ذخیره‌سازی با بودجه محدود نیاز دارند، eMMC را مقرون‌به‌صرفه‌تر می‌دانند.

به عنوان مثال، eMMC درجه خودروی Flexxon، سیستم‌های ناوبری و اطلاعات سرگرمی - از جمله نقشه‌های سه بعدی، داش‌کم‌ها، رادیو ماهواره‌ای، سیستم‌عامل/برنامه‌های رانندگی خودکار، تله‌ماتیک و نظارت بر ترافیک را تامین می‌کند. این راه‌حل‌ها که برای محیط‌های سخت طراحی شده‌اند، طول عمر طولانی و عملکرد پایداری را ارائه می‌دهند.

ملاحظات خرید: معیارگذاری و برنامه‌ریزی ظرفیت

صرف نظر از فناوری، معیارگذاری ضروری است - عملکرد در محصولات eMMC و SSD متفاوت است. علاوه بر این، انتخاب ظرفیت کمی بالاتر از نیاز فوری، به ویژه برای ذخیره‌سازی فلش NAND با قابلیت‌های تراز سایش محدود، عاقلانه است.

غواصی عمیق فنی: eMMC

معماری داخلی

eMMC فلش NAND و یک کنترل‌کننده را در یک بسته واحد ادغام می‌کند و طراحی سیستم میزبان را ساده می‌کند. اجزای کلیدی عبارتند از:

• فلش NAND: معمولاً نوع TLC یا MLC، با NAND سه بعدی که ظرفیت و دوام را افزایش می‌دهد.
• کنترل‌کننده: عملیاتی مانند ورودی/خروجی داده، تراز سایش و مدیریت بلوک‌های بد را مدیریت می‌کند.
• رابط: رابط موازی که تا 400 مگابایت بر ثانیه (eMMC 5.1) را پشتیبانی می‌کند.

ویژگی‌های کلیدی

• طراحی یکپارچه که پیچیدگی توسعه را کاهش می‌دهد
• استانداردسازی JEDEC که از سازگاری اطمینان می‌دهد
• عملکرد متعادل و راندمان انرژی
• ویژگی‌های قابلیت اطمینان و امنیت داخلی

غواصی عمیق فنی: SSD

معماری داخلی

SSDها از چندین تراشه فلش NAND که توسط یک پردازنده پیچیده کنترل می‌شوند، استفاده می‌کنند. عناصر حیاتی عبارتند از:

• فلش NAND: انواع SLC، MLC یا TLC، با NAND سه بعدی که تراکم را افزایش می‌دهد.
• کنترل‌کننده: اغلب چند هسته‌ای با حافظه پنهان DRAM برای توان عملیاتی بالا.
• رابط: SATA، PCIe یا NVMe (دومی حداکثر پهنای باند PCIe را دارد).

ویژگی‌های کلیدی

• سرعت استثنایی که از درایوهای مکانیکی فراتر می‌رود
• مقاومت در برابر ضربه و عملکرد بی‌صدا
• تراز سایش پیشرفته و جمع‌آوری زباله
• فاکتورهای فرم فشرده برای برنامه‌های محدود به فضا

تجزیه و تحلیل مقایسه‌ای: eMMC در مقابل SSD

روندهای آینده

هر دو فناوری به تکامل خود ادامه می‌دهند - eMMC به سمت تراکم‌های بالاتر و کنترل‌کننده‌های هوشمندتر، SSDها به سمت رابط‌های PCIe 5.0/6.0 و فناوری‌های حافظه نوظهور مانند 3D XPoint. این پیشرفت‌ها چشم‌انداز کاربردی آنها را بیشتر متنوع خواهد کرد.