Emmc против SSD: Сравнение вариантов встроенной памяти

При проектировании встраиваемых систем выбор носителя информации имеет решающее значение, напрямую влияя на производительность, стоимость и надежность устройства. С растущим спросом на хранение больших объемов данных инженеры часто оказываются перед выбором между двумя доминирующими технологиями твердотельных накопителей: eMMC (встроенная MultiMediaCard) и SSD (твердотельный накопитель). Хотя обе технологии предлагают преимущества твердотельных накопителей, они существенно различаются по сценариям применения, характеристикам производительности и экономической эффективности. Эта статья содержит углубленный анализ технологий eMMC и SSD, а также практические примеры использования, чтобы помочь разработчикам принимать обоснованные решения.

eMMC: экономичное решение для встроенного хранилища

История eMMC начинается с ее предшественника, MMC (MultiMediaCard), представленной в 1997 году как портативное решение для хранения данных для цифровых камер, мобильных телефонов и КПК. В 1999 году появился формат SD (Secure Digital) для решения проблем защиты авторских прав на цифровую музыку, в конечном итоге вытеснив MMC в потребительской электронике благодаря своему меньшему размеру и поддержке управления цифровыми правами. Однако технология MMC развилась в свою встроенную форму — eMMC — которая остается широко используемой во встраиваемых системах сегодня.

JEDEC (Ассоциация технологий твердотельных накопителей) определяет eMMC как «встроенную энергонезависимую систему памяти, состоящую из флэш-памяти и контроллера флэш-памяти, которая упрощает разработку интерфейса приложений и освобождает хост-процессор от низкоуровневого управления флэш-памятью». Обратите внимание, что официальное название включает точку между «e» и первой «M», хотя в этой статье для единообразия будет использоваться «eMMC».

Последним электрическим стандартом eMMC является версия 5.1, выпущенная JEDEC в январе 2019 года (JESD84-B51A). В отличие от карт SD, eMMC поставляется в корпусах микросхем, обычно припаиваемых к печатной плате продукта либо в виде упакованной микросхемы, либо в виде голой микросхемы.

Емкость eMMC обычно варьируется от нескольких ГБ до нескольких сотен ГБ. Например, серия AXO от Flexxon предлагает до 512 ГБ с использованием технологии 3D TLC NAND flash. Однако большинству встраиваемых приложений требуется всего несколько ГБ, особенно когда облачное хранилище дополняет локальную емкость. Некоторые вычислительные платформы сочетают в себе хранилище eMMC и SSD.

SSD: высокопроизводительная альтернатива большой емкости

SSD обычно предлагают большую емкость, чем eMMC, в диапазоне от 128 ГБ до нескольких терабайт. Однако емкость — не единственный дифференцирующий фактор:

• Скорость: SSD значительно превосходят eMMC. eMMC 5.1 обеспечивает последовательную скорость чтения 250 МБ/с и скорость записи 125 МБ/с, в то время как SATA III SSD достигают 500 МБ/с для обоих. NVMe SSD расширяют границы еще дальше — Samsung 990 Pro (интерфейс M.2) 2022 года может похвастаться скоростью чтения 7450 МБ/с и скоростью записи 6900 МБ/с.
• Долговечность: SSD обычно оснащены превосходными механизмами выравнивания износа, продлевающими срок службы хранилища.

Несмотря на эти преимущества, SSD не делают eMMC устаревшей. Более высокие затраты делают eMMC актуальной для недорогих ноутбуков и ПК.

Сценарии применения: выбор между eMMC и SSD

Выбор между eMMC и SSD зависит от конкретных требований приложения. Высокопроизводительные промышленные компьютеры или встраиваемые системы, требующие больших объемов памяти, выигрывают от SSD. И наоборот, приложения, которым требуется всего несколько ГБ памяти при ограниченном бюджете, считают eMMC более экономичной.

eMMC автомобильного класса от Flexxon, например, питает навигационные и информационно-развлекательные системы, включая 3D-карты, видеорегистраторы, спутниковое радио, ОС/приложения для автономного вождения, телематику и мониторинг дорожного движения. Разработанные для суровых условий, эти решения предлагают увеличенный срок службы и стабильную производительность.

Вопросы покупки: бенчмаркинг и планирование емкости

Независимо от технологии, бенчмаркинг имеет важное значение — производительность варьируется в зависимости от продуктов eMMC и SSD. Кроме того, выбор емкости немного выше, чем необходимо в данный момент, оказывается разумным, особенно для флэш-памяти NAND с ограниченными возможностями выравнивания износа.

Технический углубленный анализ: eMMC

Внутренняя архитектура

eMMC объединяет флэш-память NAND и контроллер в одном корпусе, упрощая проектирование хост-системы. Основные компоненты включают:

• Флэш-память NAND: Обычно типа TLC или MLC, с 3D NAND, увеличивающим емкость и долговечность.
• Контроллер: Управляет такими операциями, как ввод-вывод данных, выравнивание износа и управление плохими блоками.
• Интерфейс: Параллельный интерфейс, поддерживающий скорость до 400 МБ/с (eMMC 5.1).

Основные характеристики

• Интегрированная конструкция, снижающая сложность разработки
• Стандартизация JEDEC, обеспечивающая совместимость
• Сбалансированная производительность и энергоэффективность
• Встроенные функции надежности и безопасности

Технический углубленный анализ: SSD

Внутренняя архитектура

SSD используют несколько микросхем флэш-памяти NAND, управляемых сложным процессором. Критические элементы включают:

• Флэш-память NAND: Типы SLC, MLC или TLC, с 3D NAND, увеличивающим плотность.
• Контроллер: Часто многоядерный с кэшем DRAM для высокой пропускной способности.
• Интерфейс: SATA, PCIe или NVMe (последний максимизирует пропускную способность PCIe).

Основные характеристики

• Исключительная скорость, превосходящая механические диски
• Устойчивость к ударам и бесшумная работа
• Усовершенствованное выравнивание износа и сборка мусора
• Компактные форм-факторы для приложений с ограниченным пространством

Сравнительный анализ: eMMC против SSD

Будущие тенденции

Обе технологии продолжают развиваться — eMMC в сторону более высокой плотности и более интеллектуальных контроллеров, SSD — в сторону интерфейсов PCIe 5.0/6.0 и новых технологий памяти, таких как 3D XPoint. Эти достижения еще больше диверсифицируют области их применения.