近日，Western Digital贊助Counterpoint釋出了一份白皮書，調研了不同5G移動應用的儲存需求。本白皮書旨在幫助移動裝置製造商瞭解5G應用對儲存的需求，並闡述各類儲存的特點和差異。

5G增加了儲存的複雜程度，因為每臺移動裝置生成和消耗的資料量都是當前裝置的數倍。更高的5G吞吐量催生更豐富的內容流。更高階的AI應用進一步增加了儲存的複雜程度。在設計的早期階段就考慮儲存需求可提高5G移動裝置的效能，並從眾多競爭產品中脫穎而出。

5G移動裝置的主要儲存趨勢：

  • 提高順序讀取/寫入速度和頻寬效能
  • 容量擴充套件至256GB、512GB，甚至更大
  • 降低成本，包括3D NAND、TLC、QLC
  • 提升控制器在架構、壽命、損耗均衡、預留空間方面的表現
  • 嵌入式儲存介面，包括UFS 2.1、UFS 3.x、UFS4.x和PCIe
  • 更高的可靠性，延長裝置的使用壽命

5G推動的關鍵移動裝置包括智慧手機、聯網PC、平板電腦和獨立的擴充套件現實（XR）頭戴式顯示器（HMD）。這些裝置都對儲存有不同的要求。很多裝置還將推動新的用例，帶來更多的服務收入，如下圖所示：

儲存廠商的機遇

雖然eMMC 5.1仍能滿足部分裝置最初從4G遷移到5G的需求，但是UFS介面資料吞吐量高，更適用於大多數5G裝置。聯網PC同時需要UFS儲存和PCIe SSD，而其他裝置更適合將UFS作為主要的儲存介面。

從封裝的角度來看，MCP解決方案僅在中低端智慧手機市場佔據主導地位。高效能移動裝置的系統設計人員更青睞層疊封裝（PoP）解決方案，該方案包括低功耗DRAM和分立式UFS或eMMC。由於應用處理器（AP）可以在高頻下直接與低功耗DRAM通訊，減少了AP和RAM通訊訊號的干擾，因此PoP解決方案可以提供比MCP解決方案更好的效能。

從效能的角度來看，eMMC經過多年的發展已經成為主流的移動應用資料儲存。但是，由於eMMC使用的是8位並行介面，傳輸速度已經達到極限，而UFS的序列介面和全雙工資料傳輸協議能提供2-4倍於eMMC並行8位介面的峰值頻寬，因此UFS有望成為5G時代的主流介面。UFS 2.x和UFS 3.x的最大傳輸速率分別可以達到11.6Gbps（1450 MB / s）和23.2Gbps（2,900 MB / s），均高於eMMC 5.1的最大傳輸速率3.2Gbps（400 MB / s）。未來的UFS 4.x傳輸速率會更快。

5G承諾會提供更高的Gbps吞吐量，而eMMC已經無法滿足聯網PC、XR裝置、智慧手機和平板電腦等5G移動裝置的要求，相比之下，UFS介面更能滿足這一需求。此外，在待機模式下，UFS的功耗與eMMC不相上下，而在執行模式下，UFS的功耗高於eMMC，但可以快速傳輸更多資料，更早返回到空閒狀態。因此，UFS的總體功耗要比eMMC低得多，可以為電池供電的IoT應用節省電量。此外，UFS還能提高整體系統效能，帶來更好的使用者體驗，是5G移動裝置的首選記憶體儲存介面。

與5G的傳輸速率1-10 Gbps相比，4G LTE的理論傳輸速率可以超過1Gbps，但多數情況下實際速率仍低於500Mbps。而5G XR、線上遊戲和8K視訊需要的傳輸速率高達6 Gbps，因此UFS才是這些應用的首選介面。

結論與建議

  • UFS是最適合5G移動裝置的介面，更快的傳輸速度和響應速度可以滿足5G時代即時啟動、快速啟動、多工處理和多程式處理的需求。此外，UFS耗電量更低，可以延長電池壽命。
  • 5G的大頻寬和低延遲將推動移動遊戲流強勁增長。內容提供商需要了解5G的功能、要求和侷限性，並設計高質量的手機遊戲，通過雲流帶到裝置上。
  • NAND快閃記憶體的價格正在下降。但是，5G裝置需要高效能的儲存解決方案。移動裝置製造商必須瞭解各類快閃記憶體的特點，才能挑選出最合適其應用效能要求的儲存器。
  • 要在5G時代取得成功，快閃記憶體製造商就必須瞭解這些5G裝置對儲存的需求和影響，清楚各種應用的市場潛力，才能提供正確的解決方案。