過去提到儲存一般人最直接的想法就是硬碟,從PC產業興起至今,硬碟一直是主要的數位儲存媒介之一,這包括單機儲存與系統儲存兩方面,硬碟由於是機械設備,所以在執行儲存任務時,透過驅動控制晶片的幫忙,協調機械的運作與資料讀寫動作,而系統級的儲存一般為企業大量資料儲存備份需求,除上述功能之外,還需要協調多個儲存設備間的工作,任務更形複雜,因此硬碟控制驅動IC的技術層次頗高。
另外,最近兩年在每個人身上的可攜式數位產品,因為多媒體功能的應用訴求,而更加強調儲存功能,所以Flash快閃記憶體也在這樣的產業發展下,成為成長最為迅速的產業之一,這些應用快閃記憶體的儲存設備,包括小型記憶卡與隨身碟等,因為使用的是儲存資料為主的NAND Flash,所以都必須搭載控制晶片,除了可攜式產品內建記憶體需要之外,小型記憶卡與隨身碟等外接式產品,每個人可能同時擁有多個隨身碟與小型記憶卡,所以市場規模較那些設備更大,控制晶片的需求量也相當驚人,最近幾年投入的廠商也頗為可觀。
快閃記憶體應用控制晶片發展迅速
又稱為Data Flash的NAND Flash由於以儲存資料為主要任務,所以並不能儲存系統程式,必須藉助控制晶片幫忙做系統控制與規劃,而從數位相機、智慧型多媒體手機(Smart Phone)這些可攜式數位消費性產品問世後,外接式儲存需求浮現,小型記憶卡產業成長相當迅速,(圖一)為2003年到2008年使用小型記憶卡的終端產品出貨量,預計今年這些產品整體市場規模達4億946萬台,到2008年更將高達5億7136萬台,而且通常一個終端產品擁有不只一片小型記憶卡,根據工研院IEK的統計數字顯示,2006年小型記憶卡出貨量大約為4億5000萬片,2008年將超過6億2000萬片。
《圖一 2003~2008年使用快閃記憶卡的終端產品出貨量(單位:萬台)》 |
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而除了小型記憶卡之外,俗稱大姆哥的隨身碟也是快閃記憶體重要的應用之一,隨身碟搭配USB傳輸介面,成為軟碟機(Floppy)消失的主要原因,因為其隨插即用、且儲存容量比軟碟大的多,所以現在經常用到電腦的人,身上大概都會有幾支隨身碟吧,加上其只儲存資料,功能簡單所以價格便宜,也是控制晶片廠商主要的市場之一。這些外接式的儲存設備全部都需要搭載控制晶片,加上部份將Flash內建的設備,一年這類控制晶片的市場需求量應該接近10億個,儘管技術難度不高、價格便宜,確也是個不小的市場。
Flash控制晶片功能
(圖二)所示為一CF規格小型記憶卡的內部電路圖,而不管是小型記憶卡或是隨身碟,其基本電路都是如此,架構上頗為簡單,慧榮科技產品企劃部經理葉宏祥表示,由於快閃記憶體會出現損壞的記憶單元(Bad Block),控制晶片必須對這些單元做標示,不要讓新的資料存到那個記憶區塊中;另外,快閃記憶體有讀寫次數的極限,一般來說,快閃記憶體必須達到一百萬次的讀寫次數與十年的資料儲存壽命,所以控制晶片還要規劃記憶區塊儲存資料的頻率,盡量讓每一個記憶區塊都有差不多的讀寫次數,讓讀寫的次數平均分布,以延長快閃記憶體壽命。
這是最基本的功能,但是快閃記憶體之間並沒有統一的規格,加上因為快閃記憶體近年來市場需求強勁,許多DRAM記憶體大廠爭相投入開發,所以目前市面上快閃記憶體「種類」繁多,不同廠商推出的快閃記憶體,為規避專利陷阱,因此快閃記憶體會出現不同組態,葉宏祥指出,控制晶片需要支援不同快閃記憶體,在隨身碟或記憶卡中,主角是Flash而不是控制晶片,若控制晶片無法與Flash搭配,當然得不到生意,若是遇到一款新的Flash就要開發一顆新的控制晶片搭配,其實也是一種成本上的負擔,慧榮就很自豪該公司的控制晶片可以支援市場上大多數的Flash顆粒,而該公司提出的線上即時更新程式(In-System-Programming;ISP)的功能,就是在Flash上畫出2~4K的空間做為韌體的更新,目前也成為業界共通的作法。
不過,一顆控制晶片支援所有Flash的作法固然有其優勢,卻也只是一種選擇,群聯電子專案經理于紹庭認為,這樣的作法必須做出部分妥協,難免會犧牲掉最佳效能,不見得是最好的解決方案。
終端產品相容性令人頭痛
控制晶片除了與Flash顆粒的相容性之外,與終端產品的相容性才是控制IC廠商目前遇到最大的難題,隨身碟因為功能單純這類問題較少發生,主要是小型記憶卡面對越來越多的應用環境,除了數位相機、手機之外,各式讀卡機、PMP還有未來更多的可攜式多媒體產品,都會是應用範疇,慧榮科技產品企劃部協理董乃琦就指出,現有市面上正在販售的產品都不是問題,因為廠商可以在產品上市之前,將產品做過完整的測試,保證其相容性,問題就出在過去上市的產品,目前已經不在市面上流通,不過卻還有消費者在使用,一但發生產品無法辨識記憶卡或存取時,控制IC廠商就必須要解決。
所以目前所有Flash記憶體控制晶片廠商都必須建置一個測試實驗室,讓控制IC在上市之前就已經做過充分的相容性測試,測試的產品包括過去與目前所有市場上已經上市的產品,甚至還要「預測」未上市產品的規格,安國國際市場部行銷經理藍世旻表示,過去也曾經出現過,有系統廠商的產品設計超過規格規範,造成記憶卡與之不相容,迫使控制晶片也需要配合這樣「不照規矩」的設計,以求產品的相容。
市場需求量大 投入者眾
儘管快閃記憶體控制晶片在產品相容性上讓廠商吃足苦頭,但是由於晶片設計門檻不高,每年市場需求量又大,所以還是吸引許多廠商投入,而且其低單價、高需求量的市場特性與台灣IC設計廠商專精的部份相當符合,目前台灣至少有十多家IC設計公司投入相關產品的開發,包括慧榮、群聯、擎泰、安國、聚錸、聯盛、華邦、鑫創、瑞程、崴懋、亮發、我想等,其中慧榮是目前全球第二大快閃記憶體控制晶片廠商,投入時間最久、技術也屬領先;群聯則是兼營系統組裝業務,以垂直整合的業務模式創造高度獲利。
至於全球最大的快閃記憶體控制晶片廠商就是業務模式與群聯類似,而且品牌響叮噹的SanDisk,該公司掌握許多小型記憶卡規格與快閃記憶體專利,並利用專利授權取得穩定的快閃記憶體貨源,再發展終端的小型記憶卡,最近這幾年整體表現相當令人矚目。所以,于紹庭就認為,台系控制晶片廠商無法像SanDisk一樣掌握上游的專利,就必須培養與Flash供應商與下游模組商良好且穩固的關係,能在這部分結成穩固的聯盟,就已經成功一半了。
而隨著小型記憶卡與隨身碟等產品普及率日益提升,未來幾年雖然市場規模還是會持續擴大,但成長動能以不若前幾年強勁,前述上下游聯盟關係也日益穩固,快閃記憶體控制晶片廠商早就在思索著開拓新的商機,包括整合附加功能與發展更高階的產品,在整合附加功能部分,安全性、DRM、U3、KVM(Keyboard、Video、Mouse)、自動控制等功能都是發展的方向;高階產品就是多媒體功能,像是MP3、PMP等的控制晶片,不過這部份技術難度較高,需要整合DPS、Codec等,混合訊號技術能力很重要,又要碰到像Sigmatel這類已經佔據市場,又具備技術能力的廠商,對台灣廠商來說絕對是一場硬戰。不過,于紹庭表示群聯已經積極投入開發自有的Codec(編解碼晶片),希望能藉此開拓下一片藍海。
微型硬碟控制驅動晶片成長力佳
硬碟控制晶片也是硬碟上的關鍵零組件,負責控制硬碟機的運作,硬碟電子元件包括一個前置放大器(PA)IC、馬達控制器(MC)IC以及一個整合型控制晶片,內建讀取通道與硬碟機控制器,並整合所需的I/O元件與記憶體。(關於硬碟控制晶片運作原理,可以參考本專題「增進微型硬碟電池續航力與耐用度之設計」一文)傳統硬碟產業目前的發展已經進入成熟期,比較受人矚目的就是微型硬碟,像PortalPlayer就是最近幾年竄紅的一家微型硬碟控制晶片廠商,因為該公司的產品受Apple iPod青睞,所以跟著變成當紅炸子雞。
而這部份台灣廠商因為早年並沒有投入硬碟產業,所以幾乎沒有廠商投入此產業,過去幾年市場曾經傳出智微科技(JMicron)計劃投入,但到目前為止並沒有進一步消息;另外,硬碟控制晶片中,以類比技術為主,這部份是台灣廠商相當弱的一環,所以在先天不良後天失調的狀況下,這類產品多是外商的天下,包括Silicon Image、Agere、LSI Logic等;再者,因為硬碟控制晶片與硬碟效能有很大關係,許多硬碟廠商都自行開發自家用的控制晶片,像全球第一大硬碟廠商,多年前就透過併購一家IC設計公司,成立自己的硬碟控制晶片設計部門,所以這類市場也相對封閉,市場機會並不多。
系統級儲存控制漸受重視
在數位時代數位資料的儲存與管理是一件相當重要的課題,對於企業來說更是如此,所以針對有大量資料儲存需求的系統級儲存重要性也日益提升,RAID就是透過將許多磁碟系統組合成一個磁碟陣列,提供大型儲存應用,在磁碟陣列領域,資料儲存的安全性、資料即時備援功能、更大的儲存容量、大幅縮短存取資料的等待時間、有效提高電腦系統效率及低成本高效能等,都是要求的重點。
磁碟陣列控制晶片訴求企業應用,與先前談的偏向消費性產品或個人應用的控制技術不同,在RAID領域,「可靠度」是最重要的部分,包括資料保護、高效能、叢集支援(clustering support)及降低整體TCO成本等都是。而這部份的晶片推出的廠商也以國外廠商為主,包括:Broadcom、LSI Logic、AMCC等,但是國內廠商在這個領域並沒有缺席,喬鼎資訊發展RAID相關技術已經有很長一段時間,而且產品線從RAID控制晶片、控制卡到系統產品都有提供,可以說具備該領域完整的技術能力。
結語
儲存記憶隨著數位化的發展將出現越來越多的市場機會,而身為不容忽略配角的驅動與控制技術,自然也會越來越受矚目,尤其是在消費性電子領域,其產品應用的多樣性還有很大的發展潛力,對於積極投入此一領域的國內廠商來說市場前景頗佳,不過,不久前市場傳出英特爾(Intel)提出ONFI(Open NAND Flash Interface)技術,針對NAND型快閃記憶體(Flash)介面提出標準規格,此一動作對整體市場發展是健康的,不過對於控制晶片廠商來說,卻是一個嚴重的威脅,因為過去快閃記憶卡出現相容性的問題,NAND型Flash供應商通常不會承認自己的晶片有問題,而卡片製造商也沒能力解決,因此最後必須由設計公司處理,這也是記憶卡晶片設計公司的價值所在。
未來如果不再有這樣的困擾時,控制晶片廠商的價值將被極小化,所以廠商唯有不斷擴展自身價值,包括先前提到整合附加功能或者發展更高階的控制技術,才能繼續成長。而硬碟與系統儲存部份,儘管市場前景與受矚目程度不若快閃記憶體控制市場,但是仍然有其發展性,而且進入門檻高,市場競爭程度相對較低,獲利也較穩定,不用以殺價競爭或不理性的降低成本手段來爭取客戶,也是個不容忽略的市場。
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在測試完成之前,時隙1定時器又截止,此時一個DMA記憶體-埠測試模組被啟動,它設置任意的DMA通道並退出。現在,DMA已在後台執行,而原來的複製測試又重新執行。隨後又產生一個時隙3定時器中斷,使用DMA通道5啟動記憶體-記憶體傳輸並退出。相關介紹請見「
自動實現半導體元件系統強化測試的方法」一文。 |
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DMA 的傳輸操作可以發生在ADSP-BF531/BF532/BF533處理器的內部記憶體到與有DMA能力的外部設備之間。而且,DMA傳輸也能夠在DMA外部設備和連接到外部記憶體介面的外部設備(包括SDRAM控制器和非同步存儲控制器)之間。你可在「
記憶體- SDRAM
」一文中得到進一步的介紹。
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從處理器的角度來看,CPU 根本不知道發生了什麼事;而從快取記憶體與主記憶體中讀取資料的分別,僅在於傳回資料所花的時間而已。就儲存容量而言,快取記憶體比RAM 小得多。因此,主記憶體中的每筆資料不可能存放在快取中。在「
儲存空間的族譜」一文為你做了相關的評析。 |
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