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如今的手机正逐渐成为融合多种技术的多功能设备。它们具有互联网接入、Wi-Fi连接、一体化音乐回放、GPS导航、高质量数码相机、蓝牙连接等功能,并且配备有标准的PC类接口,可用于开发和增加程序。随着手持设备集成度的不断提高,手机设计师越来越迫切地需要将音频、视频、互联网和导航服务集成到单个设备上,必须设计出具有更大存储容量和更快速外设接口的产品,以便支持对日益增加的多媒体数据的处理。
手机设计师已经在体积、功耗、功能和价格方面面临艰巨的市场挑战。对多媒体功能的需求需要更大的存储器和更快的连接性能,这直接影响到移动设备的价格和尺寸,并限制了可选功能的范围。虽然处理器制造工艺技术节点大约每两年就前进一代,但存储器技术是以每6个月的速度在更新换代。因此手机设计师必须在创建稳定成熟的平台和集成那些要求更大存储器和更快接口的下一代功能之间取得平衡,努力将总体尺寸、功率和成本保持在一个合理范围内。
个人计算机领域在20世纪90年代初存在类似的趋势,当时与处理器连接的外设变化速度要比制造商发布新处理器的速度快得多。英特尔的解决方案是在处理器与存储器及其他外设之间架设南桥和北桥。在手机中使用桥架构与PC中的情况十分相似。为了区别于PC中的南桥和北桥,这种技术在手机中被称为西桥,它给设计师提供了足够的灵活性,使他们既能缩短设计周期,还能为最新存储器和其他外设提供可靠、高速的接口。
移动设备的存储要求
移动设备的内存可传送的数据量是有限的,但内存可以通过在架构中引入安全数字(SD)卡或多媒体卡(MMC)进行扩充,这项功能只需极低的额外成本,因此非常具有吸引力。
移动设备的内存首选是NAND闪存,这种闪存具有每比特成本低、密度高和尺寸小的优点。NAND控制器实现方案将可用的NAND器件类型限定为单层单元(SLC)和多层单元(MLC)。MLC由于以同样的价格可以提供更高的密度而越来越流行。虽然目前市面上支持NAND的移动处理器大部分支持SLC NAND,但许多处理器也在增加MLC内存以尽可能节省成本。
图1:随着存储器工艺技术发展,闪存控制器的纠错码(ECC)功能必须提升以维持数据的完整性。
所有的NAND器件都需要某种控制器端处理开销,以使器件寿命最大化。控制器必须了解存在多少坏块(坏块管理),有些坏块是制造商已标记的,其他坏块则是器件使用过程中逐渐变坏的。为了尽量减少后一种情况的块数量,控制器可以采用磨损均衡技术,做到对整个存储器件的均匀写入。控制器还应利用ECC状态机来管理错误。对NAND管理的支持级别随工艺节点而改变(NAND闪存是目前存储器领域中工艺节点变化最快的器件之一)。
大多数移动设备架构并没有充分发挥NAND闪存拥有的性能和可靠性优势,因而不能提供应有的深刻用户体验。另外,虽然闪存密度在不断提高,但移动处理器无法跟上。如果设计师想保持可移动和嵌入式内存的灵活性,同时最大化设备性能,移动架构必须快速高效地支持不断变化的NAND闪存要求。
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