存储芯片 emmc、Nand flash、Nor flash之间有什么区别

随着存储领域的发展，有很多不同的存储介质，今天ICMAX就带大家来分一分emmc、Nand flash、Nor flash之间的区别。

一、定义及区别

emmc：全称为embeded MultiMedia Card，是一种嵌入式非易失性存储器系统，由Nand flash和Nand flash控制器组成，以BGA方式封装在一款chip上。

Nand flash：一种存储数据介质；若要读取其中的数据，需要外接的主控电路。

Nor flash：也是一种存储介质；它的存储空间一般比较小，但它可以不用初始化，可以在其内部运行程序，一般在其存储一些初始化内存的固件代码。

这里主要重点讲的是emmc 和Nand flash 之间的区别，主要区别如下：

(1) 在组成结构上：emmc存储芯片简化了存储器的设计，将NAND Flash芯片和控制芯片以MCP技术封装在一起，省去零组件耗用电路板的面积，同时也让手机厂商或是计算机厂商在设计新产品时的便利性大大提高。而NAND Flash仅仅只是一块存储设备，若要进行数据传输的话，只能通过主机端的控制器来进行操作，两者的结构图如下：

(2) 在功能上：eMMC则在其内部集成了 Flash Controller，包括了协议、擦写均衡、坏块管理、ECC校验、电源管理、时钟管理、数据存取等功能。相比于直接将NAND Flash接入到Host 端，eMMC屏蔽了 NAND Flash 的物理特性，可以减少 Host 端软件的复杂度，让 Host 端专注于上层业务，省去对 NAND Flash 进行特殊的处理。同时，eMMC通过使用Cache、Memory Array 等技术，在读写性能上也比 NAND Flash要好很多。而NAND Flash 是直接接入 Host 端的，Host 端通常需要有 NAND Flash Translation Layer，即 NFTL 或者 NAND Flash 文件系统来做坏块管理、ECC等的功能。另一方面，emmc的读写速度也比NAND Flash的读写速度快，emmc的读写可高达每秒50MB到100MB以上；

二、emmc的初始化和数据通信

emmc与主机之间通信的结构图：

其中包括Card Interface（CMD，DATA，CLK）、Memory core interface、总线接口控制（Card Interface Controller）、电源控制、寄存器组。

图中寄存器组的功能见下表：

CID: 卡身份识别寄存器 128bit,只读， 厂家号，产品号，串号，生产日期。

RCA: 卡地址寄存器，可写的16bit寄存器，存有Device identification模式由host分配的通信地址，host会在代码里面记录这个地址，MMC则存入RCA寄存器，默认值为0x0001。保留0x0000以用来将all device设置为等待CMD7命令状态。

CSD: 卡专有数据寄存器部分可读写128bit，卡容量，最大传输速率，读写操作的最大电流、电压，读写擦出块的最大长度等。

SCR: 卡配置寄存器， 可写的 64bit 是否用Security特性(LINUX不支持)，以及数据位宽（1bit或4bit）。

OCR: 卡操作电压寄存器 32位， 只读，每隔0.1V占1位， 第31位卡上电过程是否完成。

（5）Device Identification Mode和初始化

MMC通过发CMD的方式来实现卡的初始化和数据通信

Device Identification Mode包括3个阶段Idle State、Ready State、Identification State。

Idle State下，eMMC Device会进行内部初始化，Host需要持续发送CMD1命令，查询eMMC Device是否已经完成初始化，同时进行工作电压和寻址模式协商：eMMC Device 在接收到这些信息后，会将OCR的内容（MMC出厂就烧录在里面的卡的操作电压值）通过 Response 返回给 Host，其中包含了 eMMC Device 是否完成初始化的标志位、设备工作电压范围 Voltage Range 和存储访问模式 Memory Access Mode 信息。

如果 eMMC Devcie 和 Host 所支持的工作电压和寻址模式不匹配，那么 eMMC Device 会进入Inactive State。

Ready State，MMC完成初始化后，就会进入该阶段。

在该 State 下，Host 会发送 CMD2命令，获取eMMC Device 的CID。

CID，即 Device identification number，用于标识一个 eMMC Device。它包含了 eMMC Device 的制造商、OEM、设备名称、设备序列号、生产年份等信息，每一个 eMMC Device 的 CID 都是唯一的，不会与其他的 eMMC Device 完全相同。

eMMC Device 接收到CMD2后，会将 127 Bits 的CID的内容通过 Response返回给 Host。

Identification State，发送完 CID 后，eMMC Device就会进入该阶段。

Host 会发送参数包含 16 Bits RCA 的CMD3命令，为eMMC Device 分配 RCA。设定完 RCA 后，eMMC Devcie 就完成了 Devcie Identification，进入 Data Transfer Mode。

注：emmc初始化和数据通信的过程，有点类似USB协议，USB控制器去发送请求给USB设备，以IN包和OUT包的形式去建立与USB设备之间的通信，默认状态下，USB设备也是0地址的，与控制器分配设备地址。（感兴趣的可以看一下USB2.0的协议，主要是第8和9章内容）

三、eMMC工作电压和上电过程

根据工作电压的不同，MMC卡可以分为两类：

High Voltage MultiMediaCard，工作电压为3.3V左右。

Dual Voltage MultiMediaCard，工作电压有两种，1.70V~1.95V和2.7V~3.6V，CPU可以根据需要切换

我所使用的eMMC实测工作电压VCC为2.80V~2.96V，VCCQ为1.70V~1.82V。

其中VCC为MMC Controller/Flash Controller的供电电压，VCCQ为Memory和Controller之间I/O的供电。

上电初始化阶段MMC时钟频率为400KHz，需要等电压调整到它要求的VCC时（host去获取OCR中记录的电压值，上面有说），MMC时钟才会调整到更高的正常工作频率。

MCP和emcp之间就差个“E”？区别差远了

经过前期文章的科普，相信大家已经对eMMC、UFS和LPDDR都有了深入的了解。今天宏旺半导体和大家聊聊MCP和eMCP，一个字母之差，他们之间有什么区别和联系？分别应用于什么领域？带着这样的疑问，一起来看这篇文章。

MCP

MCP 为 Multi Chip Package 多芯片封装的简称，是将两种以上的存储器芯片透过水平放置或堆栈的方式成同一个 BGA 封装，MCP 合而为一的方式，较以往以主流 TSOP 封装成单独两个芯片，节省 70% 的空间，简化了 PCB 板的结构，也简化了系统设计，使得组装与测试良率得以提高。

一般 MCP 组合方式有两种：一为 NOR Flash 加 Mobile DRAM（SRAM 或 PSRAM），一种为 NAND Flash 加 DRAM 或 Mobile DRAM（SRAM 或 PSRAM）而 NAND Flash 由于储存密度高、功耗低、体积小，成本也较 NOR Flash 低廉，总体而言，MCP 降低了系统硬件成本，价格甚至比各自独立的芯片还要便宜，MCP 的最终多取决于 NAND Flash 价格变化，不过一般而言至少可便宜 10% 以上。

MCP 技术发展关键在厚度的控制与实际良率，MCP 堆栈的芯片愈多，厚度也愈厚，然设计过程中还是得维持在一定的厚度，当初定义的最高高度在 1.4 mm 左右（目前普遍为 1.0mm），在技术上有一定的侷限，此外，其中一颗芯片失效，其他芯片也无法运作。

MCP 技术通常以 SLC NAND 搭配 LPDDR2 为主，Mobile DRAM 不超过 4Gb，主要运用在早期功能型手机（Feature phone）或低阶智能型手机，MCP 出现较早，在技术发展上渐出现局限，三星、SK 海力士、ICMAX等开始转向 eMMC、eMCP 等技术的研发。

兼容 MCP 与 eMMC 的 eMCP

eMCP是结合eMMC和MCP封装而成的智能手机记忆体标准，与传统的MCP相较之下，eMCP因为有内建的NAND Flash控制晶片，可以减少主晶片运算的负担，并且管理更大容量的快闪记忆体。以外型设计来看，不论是eMCP或是eMMC内嵌式记忆体设计概念，都是为了让智能手机的外型厚度更薄，机壳密闭度更完整。

eMCP 主要是为缩短低阶智慧手机上市时程而开发，便于手机厂商测试的特性，中国手机市场竞争愈发激烈，对上市时程也就愈形重要，因此 eMCP 尤其受到联发科等公版客户的青睐。在配置上以 LPDDR4 为基础，以 8+16 与 8+32 为最多，但在价格上与同规格 MCP 加 NAND Flash 控制芯片相比，价差可达 10～20%，就端看手机厂商在成本与上市时间的权衡。

eMCP 在规格上和 eMMC 同样有的 11.5mm x 13mm x 1.Xmm 尺寸限制，要将 eMMC 与 LPDDR 组装在一起，一来容量增长不易，二来两者结合很容易产生讯号干扰，质量增加了不确定性，都成为 eMCP 往高阶市场发展的难点。

总体来说，MCP 主要运用在非常低阶的智能手机或功能型手机市场，eMCP 适合主流型的智能手机，尤其以使用联发科等处理器的手机厂商来说，采用 eMCP 有助于上市时间的推进。eMCP 主要横跨低、中阶市场，并有逐步往高阶市场迈进的趋势，而 eMMC 与分离式 Mobile DRAM 在配置上有较大的弹性，厂商在开规格上有较大的主控权，对于处理器与存储器之间的配合也能有较好的掌握，适合运用在追求效能的顶级旗舰机种。

宏旺半导体ICMAX 2019 年推出LPDDR4X 8GB存储器，抢攻中高端手机市场，当然就手机厂商在存储器的选择上，并不是最先进的整合技术就是最佳，整体而言适当、符合芯片平台，能够满足所开出的规格需求，稳定度与成本如预期，就是最佳的存储器整合技术

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