挤出空间、降低成本：从 MCP、eMCP 与 eMMC 看移动设备内存的整合

智能手机与平板电脑等移动设备蓬勃发展，性能好坏与否，除了好的 CPU，内存的搭配也成了重要关键，随着技术的发展日臻成熟，移动设备得以衍生出不同等级的产品，以贴合不同消费者的需求，CPU 有低中高端之分，内存也有所谓内存阶层的概念（Memory hierarchy），要让储存容量、运算速度、单位价格等相异的多种内存妥善分配，达到最大经济效益。

手机与平板电脑等移动设备愈发讲求轻薄甚至小巧，成了厂商构装的难题，为了节省空间，将多重芯片放入单一构装成了各家厂商努力的重点，RAM 与 ROM 的整合与封装也成了其一。技术的发展，使得 RAM 与 ROM 两者可整合为一，甚至可以直接内建控制芯片，为手机制造商节省了成本或生产上的困扰。以下以智能手机内存常见的配置方式为例，阐述移动设备内存整合的演进。

MCP──内存整合的滥觞

MCP 为 Multi Chip Package 多晶片封装的简称，是将两种以上的内存芯片透过水平放置或堆叠的方式成同一个 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，以目前基本的 1Gb 配置来看，NOR Flash 1Gb 的价格约在 6 美元，为相同容量 SLC NAND Flash 的六倍，使得 NAND 渐有取代 NOR 之势。

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 堆叠的芯片愈多，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），在技术上有一定的局限，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 LPDDR1 或 2 为主，Mobile DRAM 不超过 4Gb，主要运用在功能型手机（Feature phone）或低端智能手机，主流配置为 4+4 或 4+2，以调研机构 DRAMeXchange 2015 年现在的报价来看，一颗 4+4 MCP 价格约在 4.5 美元，4+2 MCP 价格在 3 美元左右，使其价格可压在低端智能手机整体物料清单（BOM）的 3～6% 之间。

MCP 出现较早，在技术发展上渐出现局限，三星、SK 海力士等大厂开始转向 eMMC、eMCP 等技术的研发，然中国低端手机制造商在低容量 MCP 市场仍有一定的需求，如晶豪、科统等台厂就看好这块市场，而积极抢进。

规格大一统的 eMMC

在 MCP 之后，多媒体卡协会（MultiMediaCard Association；MMCA）针对手机与平板电脑等产品，订定了内嵌式内存的标准规格──eMMC（embedded Multi Media Card），以 MCP 方式将 NAND Flash 与控制芯片整合在同一 BGA 封装。

NAND Flash 发展迅速，不同 NAND 供应商产品之间也略有差异，当 NAND Flash 与其控制芯片封装在一起，手机制造商可以省去因 NAND Flash 供应商或制程世代的改变而重新设计规格的麻烦，进一步节省研发测试成本、缩短产品上市或更新周期。

eMMC 订有 11.5mm x 13 mm x 1.3mm、12mm x 16mm x 1.4mm 等四种尺寸（详见表一），在规格上不断演进，如 v4.3 新增了boot功能，省下了 NOR Flash 等元件，也可快速开机，容量与读取速度也在每代演进过程中加速，目前已发展到 eMMC 5.1，2015 年 2 月几乎与官方规格发布同时间，三星推出了 eMMC 5.1 的产品，容量最高达 64GB，读取速度 250MB/s，写入性能提升到 125MB/s。

eMMC 在 NAND Flash 的选择上，以往以 MLC 为主，3-bit MLC（TLC）因抹写次数（产品寿命）不如 MLC，一般用在记忆卡随身碟等外插式产品，随着 2013 年三星将 3-bit MLC 导入 eMMC 中，促使其他 NAND 厂商跟进，抹写次数上也因此提升，3-bit MLC 挟着较 MLC 便宜两成左右的价格优势，运用在智能手机、平板的比例逐年上升，且多以中端移动设备为主，2014 年下半 Apple 在 iPhone 6 与 iPhone 6 Plus 采用 3-bit MLC eMMC 后，开始从中端机型扩大到高端市场。

eMMC 运用在移动设备上还需另外加上 DRAM，高端手机在 DRAM 选择上，渐从 LPDDR3 转换至 LPDDR4，据悉，下一代 iPhone 将从 LPDDR3 1GB 提升至 LPDDR4 2GB，目前三星 Galaxy S6、LG G4 都搭载 3GB LPDDR 4，根据调研机构 DRANeXchange 的数据，2015 年第二季 LPDDR 4 较 LPDDR3 预估会有 30～35% 的溢价。

而结合 MCP 配置以及 eMMC 优势的 eMCP 也在这之后应运而生。

兼容 MCP 与 eMMC 的 eMCP

eMCP 嵌入式多晶片封装（embedded Multi Chip Package）为 eMMC 结合 MCP 封装，同 MCP 的配置，eMCP 也将 NAND Flash 与 Mobile DRAM 封装在一起，与传统 MCP 相比，多了 NAND Flash 控制芯片，以管理大容量快闪内存、减少主芯片在运算上的负担，在体积上更小同时也减省了更多电路链接设计，更便于智能手机厂商的设计生产。

eMCP 主要是为缩短低端智能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 LPDDR3 为基础，以 8+8 与 8+16 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，品质增加了不确定性，都成为 eMCP 往高端市场发展的难点。

总体来说，MCP 主要运用在非常低端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、中端市场，并有逐步往高端市场迈进的趋势，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，对于处理器与内存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。

而三星 2015 年 3 月推出 eMMC 5.0 规格、128GB 大容量的平价储存内存，抢攻中低端手机市场，内存整合方式在低中高端手机的区分已变得模糊，而手机厂商在内存的选择上，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，就是最佳的内存整合技术。

NOR和NAND是现在市场上两种主要的非易失闪存技术。Intel于1988年首先开发出NOR flash技术，彻底改变了原先由EPROM和EEPROM一统天下的局面。紧接着，1989年，东芝公司发表了NAND flash结构，强调降低每比特的成本，更高的性能，并且象磁盘一样可以通过接口轻松升级。但是经过了十多年之后，仍然有相当多的硬件工程师分不清NOR和NAND闪存。

“NAND存储器”经常可以与相“NOR存储器”互换使用。许多业内人士也搞不清楚NAND闪存技术相对于NOR技术的优越之处，因 为大多数情况下闪存只是用来存储少量的代码并且需要多次擦写，这时NOR闪存更适合一些。而NAND则是高数据存储密度的理想解决方案。

NOR的特点是芯片内执行（XIP, eXecute In Place），这样应用程序可以直接在flash 闪存内运行，不必再把代码读到系统RAM中。NOR的传输效率很高，在1～4MB的小容量时具有很高的成本效益，但是很低的写入和擦除 速度大大影响了它的性能。

NAND结构能提供极高的单元密度，可以达到高存储密度，并且写入和擦除的速度也很快。应用NAND的困难在于flash的管理需要特殊的系统接口。