NAND、DDR、LPDDR、eMMC、UFS、eMCP、uMCP的区别
NAND Flash存储器是Flash存储器的一种,属于非易失性存储器,其内部采用非线性宏单元模式,为固态大容量内存的实现提供了廉价有效的解决方案。NAND Flash存储器具有容量较大,改写速度快等优点,适用于大量数据的存储,因而在业界得到了越来越广泛的应用,如闪存盘、固态硬盘、eMMC、UFS等。
根据其不同的工艺技术,NAND已经从最早的SLC一路发展到如今的MLC、TLC、QLC和PLC。
按速度价格对比排序:SLC>MLC>TLC>QLC>PLC
按容量大小对比排序:PLC>QLC>TLC>MLC>SLC
目前主流的应用解决方案为TLC和QLC。SLC和MLC主要针对军工,企业级等应用,有着高速写入,低出错率,长耐久度特性。
除此,NAND Flash根据对应不同的空间结构来看,可分为2D结构和3D结构两大类:
下面是各大NAND Flash芯片生产厂商在3D NAND Flash产品的量产状况:
二、DDR、LPDDR
DDR全称Double Data Rate(双倍速率同步动态随机存储器),严格的来讲,DDR应该叫DDR SDRAM,它是一种易失性存储器。虽然JEDEC于2018年宣布正式发布DDR5标准,但实际上最终的规范到2020年才完成,其目标是将内存带宽在DDR4基础上翻倍,速率3200MT/s起,最高可达6400MT/s,电压则从1.2V降至1.1V,功耗减少30%。
LPDDR是在DDR的基础上多了LP(Low Power)前缀,全称是Low Power Double Data Rate SDRAM,简称“低功耗内存”,是DDR的一种,以低功耗和小体积著称。目前最新的标准LPDDR5被称为5G时代的标配,但目前市场上的主流依然是LPDDR3/4X。
DDR和LPDDR的区别?
应用领域不同。DDR因其更高的数据速率、更低的能耗和更高的密度广泛应用于平板电脑、机顶盒、汽车电子、数字电视等各种智能产品中,尤其是在疫情期间,由于在家办公、网课和娱乐的增加,平板电脑、智能盒子的需求也逐步攀升,这对DDR3、DDR4的存储性能要求更高、更稳定。
而LPDDR拥有比同代DDR内存更低的功耗和更小的体积,该类型芯片主要应用于移动式电子产品等低功耗设备上。
LPDDR和DDR之间的关系非常密切,简单来说,LPDDR就是在DDR的基础上面演化而来的,LPDDR2是在DDR2的基础上演化而来的,LPDDR3则是在DDR3的基础上面演化而来的,以此类推。但是从第四代开始,两者之间有了差别或者说走上了不同的发展,主要因为DDR内存是通过提高核心频率从而提升性能,而LPDDR则是通过提高Prefetch预读取位数而提高使用体验。同时在商用方面,LPDDR4首次先于DDR4登陆消费者市场。
三、eMMC、UFS
eMMC ( Embedded Multi Media Card) 采用统一的MMC标准接口, 把高密度NAND Flash以及MMC Controller封装在一颗BGA芯片中。针对Flash的特性,产品内部已经包含了Flash管理技术,包括错误探测和纠正,flash平均擦写,坏块管理,掉电保护等技术。用户无需担心产品内部flash晶圆制程和工艺的变化。同时eMMC单颗芯片为主板内部节省更多的空间。
简单地说,eMMC=Nand Flash+控制器+标准封装
eMMC具有以下优势:
1.简化类手机产品存储器的设计。
2.更新速度快。
3.加速产品研发效率。
UFS:全称Universal Flash Storage,我们可以将它视为eMMC的进阶版,同样是由多个闪存芯片、主控组成的阵列式存储模块。
UFS弥补了eMMC仅支持半双工运行(读写必须分开执行)的缺陷,可以实现全双工运行,所以性能得到翻番。
四、eMCP、uMCP
eMCP是结合eMMC和LPDDR封装而成的智慧型手机记忆体标准,与传统的MCP相较之下,eMCP因为有内建的NAND Flash控制芯片,可以减少主芯片运算的负担,并且管理更大容量的快闪记忆体。以外形设计来看,不论是eMCP或是eMMC内嵌式记忆体设计概念,都是为了让智慧型手机的外形厚度更薄,更省空间。
uMCP是结合了UFS和LPDDR封装而成的智慧型手机记忆体标准,与eMCP相比,国产的uMCP在性能上更为突出,提供了更高的性能和功率节省。
eMMC是将NAND Flash芯片和控制芯片都封装在一起,eMCP则是eMMC和LPDDR封装在一起。对于手机厂商而言,在存储产业陷入缺货潮的关键时期,既要保证手机出货所需的Mobile DRAM,又要保证eMMC货源,库存把控的难度相当大,所以eMCP自然成为大部分中低端手机首选方案。
uMCP是顺应UFS发展的趋势,满足5G手机的需求。
高端智能型手机基于对性能的高要求,CPU处理器需要与DRAM高频通讯,所以高端旗舰手机客户更青睐采用CPU和LPDDR进行POP封装,这样线路设计简单,可以减轻工程师设计PCB的难度,减少CPU与DRAM通讯信号的干扰,提高终端产品性能,随之生产难度增大,生产成本也会增加。
5G手机的发展将从高端机向低端机不断渗透,从而实现全面普及,同样是对大容量高性能提出更高的要求,uMCP是顺应eMMC向UFS发展的趋势。
uMCP结合LPDDR和UFS,不仅具有高性能和大容量,同时比PoP +分立式eMMC或UFS的解决方案占用的空间减少了40%,减少存储芯片占用并实现了更灵活的系统设计,并实现智能手机设计的高密度、低功耗存储解决方案。
综上所述简单总结一下:
eMMC=Nand Flash+控制器(Controller)+标准封装
UFS=eMMC的进阶版
eMMC:半双工模式 UFS:全双工模式
eMCP=eMMC+LPDDR+标准封装
uMCP=UFS+LPDDR+标准封装
存储芯片价格为何一涨再涨?
近日,消息称三星电子已向包括戴尔科技、慧与(HPE)在内的主要客户通报了涨价计划,准备在第三季度将其主要存储半导体、服务器 DRAM 和企业级 NAND 闪存报价提高 15%~20%,而三星第二季度已将其企业级 NAND 闪存涨价 20% 以上。
这已经是三星今年以来的第三次调价。这次涨价,又是为何?
根据集邦咨询统计的2024年第一季度全球DRAM企业营收数据,三星、SK海力士和美光分别以全球存储市场44%、31%、22%的份额,位居前三位,三者共占据全球几乎95%的市场份额。DRAM是存储市场中出货量最大的产品类型,从存储器全品类来看,这三家企业与其他企业间的营收差额也十分悬殊。存储市场具有鲜明的寡头垄断特征。在这样的情况下,这三家企业的一举一动将直接带来整个存储市场的震动,甚至可传递至与之相关的整个电子产业链。
2024年第一季度全球DRAM厂自有品牌内存营收排名(单位:百万美元)
三家存储原厂曾减产抬价
长期以来,通过调控产能的方式调整市场价格是这三家企业的惯用手段。而这一方式,也在最近一次存储产品价格波动中展现得淋漓尽致。
2020年下半年开始的芯片短缺,导致三星、SK海力士、美光三大存储原厂大批量备货,以至于在全球存储需求增长见顶之后,三大存储原厂均面临极高的库存水位。
在此背景下,全球三大存储原厂存储器价格从2021年第四季度开始连续8个季度下跌。根据集邦咨询的数据,DRAM价格从2021年第四季度降价3%~8%开始,持续下探,至2022年第四季度达到最高单季度降幅,为20%~25%。
受存储价格下滑影响,三星、SK海力士、美光三家营收备受打击。三星自2022年第二季度开始,营收持续5个季度下滑,至2023年第二季度,营收额相当于2022年第一季度的71.74%;营收利润更是锐减,自2022年第一季度的117.24亿美元,一路降至2023年第一季度的5.02亿美元,同比降低95.72%。美光、海力士营收也在一年之内惨遭“腰斩”,甚至出现营业利润亏损。美光营收自2022年第三季度开始连续3个季度下滑,至2023年第二季度已跌至36.93亿美元,营收利润更是从30亿美元一路下滑到-23亿美元。SK海力士营收自2022年第三季度的10.98万亿韩元(约合86.64亿美元),一路下滑至2023第一季度的5.09万亿韩元(约合39.94亿美元),营收利润也从2022年第二季度的4.19万亿韩元(约合34.02亿美元),下滑至2023年第一季度的-3.402万亿韩元(约合-26.69亿美元)。
为尽快消化库存、摆脱亏损境地,三大存储厂商不约而同地开始减产。三星电子表示,2023年第四季度公司资本开支同比减少25.53%,降至14.0万亿韩元(约合107.19亿美元);SK海力士表示,2023年公司资本开支同比减少50%,降至9.5万亿韩元(约合72.73亿美元);美光在2022年11月首次宣布减产并逐步扩大减产幅度。《中国电子报》记者跟踪发现,上述企业减产措施延续了整个2023年。
减产带来的效果很直观地反映到了企业库存、存储价格和营收中。美光首席执行官桑杰·梅赫罗特拉 (Sanjay Mehrotra) 在2023年财报说明中表示,客户库存已逐渐恢复至正常水平。
2023年年底,三大存储厂陆续传出将调高2024年第一季度协约价的消息。《中国电子报》记者采访国内某代理商了解到,当时市场需求量并不旺盛,不足以支撑价格增长。当时的价格涨幅多是由三家存储厂主动调价所致。
此次涨价来自HBM需求激增
近日,除三星外,另外两家存储大厂也频频传出涨价消息。SK海力士在5月传出消息称,将对旗下LPDDR5、LPDDR4、NAND、DDR5等产品提价,涨幅均在15%~20%。按照消息人士的说法,海力士DRAM产品价格从去年第四季度开始逐月上调,目前已累计上涨约60%~100%不等,下半年涨幅将趋缓。美光在4月已向多数客户提出调升第二季度产品报价,涨幅超过20%,但因中国台湾地震,报价随后暂停。
《中国电子报》记者采访了解到,此次三星等存储大厂调高产品报价的原因,与去年年底存储产品涨价的原因有所不同。去年年末传出的存储产品涨价,一定程度上还是存储芯片原厂主动减产、控价所致,市场需求还没有达到推动存储器全线涨价的程度。而此轮涨价,很大程度上是受市场需求带动。
Gartner副总裁盛陵海在接受《中国电子报》记者采访时表示,近期存储涨价很大程度上是HBM需求激增、供不应求所致。半导体资深人士李国强也向记者表达了类似的观点:“三星去年年底的涨价一定程度上有前期企业主动减产带来的因素,而存储企业调高产品价格是因为AI对硬件的需求正反映在HBM产品上。”
关于AI给存储细分市场带来的需求增长,盛陵海做了进一步的解读。他认为,在NAND Flash方面,大模型对快速读取有较高要求,带动了SSD的需求。此外,HBM正面临供不应求的市场现状,厂商可能就此将DRAM的部分产能转向HBM,但目前HBM产能提升空间主要受限于先进封装的技术瓶颈,因此短期内产能短缺问题可能无法得到有效解决。
除HBM需求增长之外,手机、新能源汽车等大众化存储器的需求拉动也有一定的作用。李国强表示,一方面手机出货量增加,手机对移动DRAM和NAND Flash容量的需求也在增加;另一方面,新能源汽车及自动驾驶功能亦增加了DRAM需求。
记者在采访中了解到,当前在市场回暖的趋势下,存储厂商已经开始逐渐恢复产能。当前存储原厂的产能利用率近90%,相较于去年有超过10%的提升,但尚未达到最大值。
热销全球的“中国制造”为工业增长添彩 | 促进工业经济平稳增长·年中观察 赴美建厂,台积电三星为谁做嫁衣 作者丨姬晓婷 吴修齐编辑丨张心怡美编丨马利亚监制丨连晓东相关问答
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