手机存储器最新设计方式与未来发展趋势[多图]

一.背景
随着彩色手机、照相手机的普及，手机上所附加的多媒体应用越来越多。在多媒体部分，一开始为彩色图像桌布、和弦铃声到相机拍照后的照片；在动态影音部分有JAVA游戏、影音短片(Video Clips)、影音串流(Video Streaming)…等，手机上的多媒体应用越来越多，使得储存这些影音档案的存储器需求也跟着越来越大。

以存储器在手机用半导体产值比重来看，在2005年，存储器约占整体手机晶片产值的18.3%，到了2008年，存储器占整体手机晶片产值成长至21.6%，为手机用半导体成长比例最高者。
而目前手机上的存储器朝向大容量、高速度、低耗能、低成本、小体积五大发展方向，对于手机而言，大容量、低成本、小体积三者更是重要，进一步的分析如下。 

二、 手机用存储器发展趋势

1. 各类型存储器容量的推估
手机存储器容量的大小，与手机所提供的多媒体应用息息相关，若手机仅提供语音的功能，存储器仅需搭配1~2M Low Power SRAM＋8M NOR Flash，随着SMS、MMS资料的增加，在Low Power SRAM及NOR Flash的容量上也逐渐扩大；彩色手机、照相手机，必须提供多媒体的储存，存储器的搭配则需要到16~32M Low Power SRAM＋64~128M NOR Flash；而音乐手机、电视手机，在存储器的需求更高，除了在32~64M Low Power SRAM及128M~256M NOR Flash之外，还会再加入Pseudo SRAM及NAND Flash。

手机不同应用所需的存储器大小
Mobile Application  Low Power SRAM NOR Flash 
Voice  1M~2M  8M 
Data (SMS)  4M~8M 16M 
Data (MMS) 8M~16M 32M~64M 
Still Photos 16M~32M 64M~128M 
Moving Picture/Music   32M~64M＋Pseudo SRAM    128M~256M＋NAND Flash 

2. 低成本的技术
在挥发性存储器上，Low Power SRAM为6个电晶体结构，体积大、成本高，尤其在高容量产品的单价过高；降低成本的方式为改采1个电晶体结构的Pseudo SRAM，此情况在16M容量以上的产品特别明显，由表二可以看出，Low Power SRAM与Pseudo SRAM在16M的产品单价差为6.62美元，在32M及64M（灰色部分），单价则扩大到11.39美元及40美元。

2005年挥发性存储器容量与单价比较表 
FY2005           8M   16M   32M    64M  128M 
Low Power SRAM  3.10   8.22    13.89    44.00    -- 
Pseudo SRAM --    1.60   2.50    4.00    7.50 
资料来源：Dataquest； 

而非挥发性存储器上，则可透过制程的改进，降低存储器的成本，这可由存储器大厂如：Intel、Toshiba不断投入MLC(Multi-Level Cell)技术的开发，及Samsung由SLC(Single Level Cell)技术转做MLC技术看出。两者最大的不同在于，以SLC技术生产非挥发性存储器，每个Cell仅能存取1位元资料，而MLC技术，让每个 Cell可以储存2位元资料，因此，在相同硅制程技术下，生产相同容量的存储器，用MLC技术所生产的产品单价会来得比用SLC技术所生产的产品单价来得低。图一为SLC技术、MLC技术架构及资料存放示意图。

图一 非挥发性存储器SLC、MLC技术架构

3. 小体积的技术：多晶片封装(Multi-Chip Packaging；MCP)
由上述的分析，手机多媒体的应用使得手机上存储器的需求逐渐扩大，但手机本身的设计趋向于轻薄短小，多晶片封装可以缩小手机上存储器的体积，达到节省空间的效果。 
现阶段手机的多晶片封装是将NOR Flash及Low Power SRAM包裹在一起，预测2005年的主流为128M NOR Flash＋16M Low Power SRAM，采用2层的多晶片封装；但随着彩色手机、照相手机的普及，在NAND Flash的需求也逐渐扩大，未来在多晶片封装将变成NOR Flash＋Low Power SRAM＋NAND Flash三层结构。

图二 手机用多晶片封装技术蓝图 

存储器多晶片封装，主要是节省存储器的大小，对于成本的影响不大，举例来说，128M NOR Flash的单价为4.89美元，16M Low Power SARM的单价为11.49美元，两者的多晶片封装约为16.38美元，相当于两颗存储器单价的加总，成本无法降低的主要原因是多晶片封装前，对于存储器的测试得更加严格，因为在多晶片封装里只要有一颗存储器出现问题，将导致整个多晶片封装的存储器损坏，后续的零件更换成本更高。

三、 结论

手机上越来越多的影音功能，刺激了手机存储器的需求，而手机存储器朝着大容量、高速度、低耗能、低成本、小体积发展，针对这五大方展方向，整理出手机存储器五大发展方向的概况。

手机用存储器的发展趋势
发展趋势 非挥发性存储器 挥发性存储器 
大容量  NOR：128M→256M
NAND：1G→2G
        LP SRAM：16M
PSRAM：128M
高速度 100ns→70ns 100ns→70ns 
低耗能 3V→1.8V 3V→2V 
低成本 MLC制程(Multi-Level Cell) 6个电晶体架构→1个电晶体架构 
小体积 MCP：Flash+SRAM MCP：Flash+SRAM 
资料来源：IEK整理(2005/05) 
过去手机存储器必须储存手机开机时的韧体程式、程式码及暂存资料，存储器需求为NOR Flash及Low Power RAM，但随着彩色手机、照相手机的普及，手机多媒体应用的增加，使得手机开机时必须更快的读取更多东西，储存更多的影音档案，需要更多的暂存空间，因此NOR Flash的容量不断的增大、NAND Flash也开始以内建或外插卡的方式加入手机中、缓冲记体体的容量增大，使得Pseudo SRAM的需求逐渐侵蚀Low Power SRAM的市场。
而手机用存储器的发展趋势最重要的莫过于多晶片封装，多晶片封装可以减少手机里存储器的空间，符合手机轻薄短小的发展，但多晶片封装必须有稳定的存储器来源，对存储器品质要求也较高。