每一個(gè)處理器都需要存儲(chǔ)器。一些系統(tǒng)可能只采用一種存儲(chǔ)器，但更常見的情況是采用一種分層式存儲(chǔ)系統(tǒng)，如服務(wù)器的RAID存儲(chǔ)系統(tǒng)（圖1）。每種存儲(chǔ)器都為系統(tǒng)做出不同的貢獻(xiàn)，如大容量、快速存取、或非易失性。
隨著新技術(shù)的出現(xiàn)以及現(xiàn)有技術(shù)的改善，這一存儲(chǔ)器組合也在發(fā)生變化。以前聞所未聞的現(xiàn)在已成標(biāo)配。例如，上網(wǎng)本現(xiàn)只配備固態(tài)存儲(chǔ)器，由于固態(tài)存儲(chǔ)器的功耗更低，因此上網(wǎng)本具有更長的電池壽命。 對更大容量存儲(chǔ)器的訴求要求進(jìn)行權(quán)衡取舍和采用不同的實(shí)現(xiàn)方法。例如，多級單元(MLC)閃存能提供比單級單元(SLC)閃存更大的容量，但代價(jià)是性能和硬件壽命。 同樣，硬盤尺寸正在減小。2.5英寸硬盤與老式、全高度的5.25英寸硬盤相比是一個(gè)巨大的進(jìn)步，而且2.5英寸硬盤的容量更大、響應(yīng)速度也更快。為了提供更可靠的存儲(chǔ)，RAID也獲得了更廣泛使用。 不要忘記RAM RAM是商業(yè)計(jì)算設(shè)備的中心。目前，通常是易失性存儲(chǔ)器SRAM和DRAM在取代非易失性的磁芯存儲(chǔ)器。不過，像鐵電存儲(chǔ)器(FeRAM)和磁性RAM(MRAM)等新的非易失性存儲(chǔ)技術(shù)有望改變這一局面。 獨(dú).立SRAM芯片仍在使用，但大多數(shù)SRAM通常已集成到微控制器芯片上，提供從文件寄存器到多級緩存的不同功能。SRAM的主要優(yōu)勢是高性能，但其不足是芯片面積很大.和功耗較高。 DRAM 使事情變得更有趣。片上DRAM 正變得越來越常見，雖然實(shí)現(xiàn)DRAM和邏輯的不同半導(dǎo)體技術(shù)傾向于把DRAM 和邏輯做成兩個(gè)獨(dú)立芯片。另外，DRAM的更高容量使設(shè)計(jì)師傾向于把DRAM拿到處理器芯片之外。其結(jié)果是，設(shè)計(jì)師可以選擇提供多大容量，或者最終用戶甚至可以添加自己的存儲(chǔ)器。 嵌入式設(shè)計(jì)師在選擇DRAM時(shí)會(huì)面臨很多其它挑戰(zhàn)，這是因?yàn)樗褂玫奈⑻幚砥髟谛阅芴攸c(diǎn)上有很大的差異，如同DRAM一樣。嵌入式設(shè)計(jì)師還需要考慮產(chǎn)品生命周期，因?yàn)镻C用戶在選擇存儲(chǔ)器時(shí)，傾向于追求最新的、最好的、以及每位成本最低的存儲(chǔ)器。虛擬化的趨勢正在推動(dòng)對更高密度存儲(chǔ)器的需求，從而兌現(xiàn)了那句格言：存儲(chǔ)器永遠(yuǎn)不夠用。 SDRAM在低端應(yīng)用中得到了廣泛的采用，至少在嵌入式應(yīng)用中。SDRAM一直貨源充足和價(jià)格低廉，目前它的一個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)是簡單的接口要求。與今天大量PC系統(tǒng)使用的DDR2和DDR3存儲(chǔ)器相比，SDRAM較慢的速度對設(shè)計(jì)師而言是一種優(yōu)勢，特別是當(dāng)試圖與較慢的處理器匹配時(shí)。與DDR2和DDR3相比，SDRAM的兩大不足之處是容量和效率。 微處理器設(shè)計(jì)師正碰到的另一個(gè)問題是速度。提升速度上限通常意味著同時(shí)提升了下限。當(dāng)與AMD、英特爾和威盛(VIA)等開發(fā)的最新x86 GHz多核處理器搭配時(shí)，這不是個(gè)問題，但當(dāng)試圖支持200MHz處理器時(shí)，問題就來了。 當(dāng)然，可以提升處理器時(shí)鐘，但這相應(yīng)地會(huì)增加成本和功耗。而這二個(gè)指標(biāo)絕對是我們千方百計(jì)要竭力降低的。幾乎所有的微控制器(MCU)都可以搭配SDRAM。有些MCU可以搭配DDR2，但很少的MCU能夠應(yīng)付DDR3的高速度。 DDR2 目前的需求最旺。它廣泛應(yīng)用于服務(wù)器、PC和筆記本電腦，但這些產(chǎn)品正在迅速轉(zhuǎn)向DDR3。在今后一個(gè)時(shí)期內(nèi)，盡管DDR2的供應(yīng)量開始下降和價(jià)格開始攀升，但DDR2仍將受到嵌入式系統(tǒng)的寵愛。這不會(huì)一夜之間發(fā)生，但這是發(fā)展趨勢。嵌入式市場的挑戰(zhàn)是如何讓低端MCU滿足DDR2的性能要求。 三星新推出的16GB DDR3主要針對服務(wù)器主板，它通常設(shè)計(jì)成只支持DDR3存儲(chǔ)器（圖2）。當(dāng)使用這些新模塊時(shí)，服務(wù)器主板可以支持192GB容量的DDR3，傳輸速率可達(dá)1333 Mbps，且功耗比DDR2減少了60％。許多高端主板擁有能同時(shí)支持DDR2或DDR3的芯片組。僅支持DDR3的芯片組通常更小和更高效。
Innovative Silicon正在開發(fā)之中的Z-RAM單晶體管存儲(chǔ)技術(shù)比現(xiàn)有的DRAM技術(shù)具有更好的擴(kuò)展性和更小的芯片面積。Hynix和AMD公司都已經(jīng)獲得了使用Z-RAM技術(shù)的授權(quán)，但它們的應(yīng)用目標(biāo)不同。Hynix可能將其集成進(jìn)它的主要存儲(chǔ)器中，而AMD希望將它用作大容量片上L3緩存。Z-RAM可能不會(huì)在一年左右的時(shí)間內(nèi)面世，但當(dāng)它出現(xiàn)時(shí)，將會(huì)對市場產(chǎn)生顯著影響。 串口存儲(chǔ)器也正在開發(fā)之中，它的設(shè)計(jì)目的是將高速串行接口引入到存儲(chǔ)器。理論上，它將能把存儲(chǔ)器所需的引腳數(shù)減少40％，以及提供3.2至12.6GBps的吞吐量。它最初的應(yīng)用目標(biāo)是多媒體移動(dòng)設(shè)備，這類應(yīng)用的PCB空間非常緊張，而且要求功耗必須盡量低。 NV固態(tài)存儲(chǔ)器 DRAM是易失性的，但非易失性(NV)存儲(chǔ)器永遠(yuǎn)是系統(tǒng)解決方案的一部分。近年來，非易失性固態(tài)存儲(chǔ)器已經(jīng)發(fā)生了巨大的變化，容量在提升，成本在下降。目前，很多非易失性存儲(chǔ)器已得到普遍應(yīng)用，從閃存到MRAM再到FRAM。 ROM是眾所周知的非易失性存儲(chǔ)技術(shù)，在標(biāo)準(zhǔn)微控制器中更受青睞。由于ROM是最高效的非易失性存儲(chǔ)技術(shù)，因此它一直在定制芯片中占有一席之地。遺憾的是，ROM中的內(nèi)容不能像在本文中論及的其他非易失存儲(chǔ)技術(shù)那樣被改變。 ROM 應(yīng)用的一個(gè)例子是Luminary Micro的LM3S9000微控制器，它具有提供StellarisWare庫服務(wù)的運(yùn)行時(shí)庫。它與典型的基于ROM的定制微控制器不同，后者包含整個(gè)應(yīng)用。在Luminary Micro的MCU中，使用ROM代碼的主應(yīng)用被存放在使用另一種非易失性存儲(chǔ)器中。該ROM可能只包含引導(dǎo)代碼，它允許主應(yīng)用代碼來自不同的源，包括來自網(wǎng)絡(luò)。 閃存可覆蓋到很多種解決方案。FRAM與MRAM具有類似特性，它們的前景非常光明，目前主要用于重要的縫隙應(yīng)用中。 這些非易失性存儲(chǔ)器可有效地取代SRAM，因?yàn)樗鼈兙哂信cSRAM一樣的工作速度，而且它們沒有閃存面臨的寫次數(shù)限制問題。這使得它們能用作初級和次級存儲(chǔ)器。它們的容量在增大，成本在下降，盡管仍落后于SRAM和閃存。這導(dǎo)致了一些有趣的組合，如前面提到的RAID控制器。
FeRAM 供應(yīng)商Ramtron推出的基于8051的VRS51L3x.x.x微控制器系列整合了64kB閃存、4kB SRAM和高達(dá)8kB的FeRAM（圖3）。閃存用于存儲(chǔ)程序代碼和長期使用的、改變頻率不大的數(shù)據(jù)，SRAM和FeRAM用于存儲(chǔ)讀/寫數(shù)據(jù)，其中 FeRAM用于存儲(chǔ)要求非易失性的數(shù)據(jù)。 FeRAM和MRAM還推出了可取代SRAM和閃存的引腳兼容性型號(hào)。 Everspin的MR2Axx MRAM產(chǎn)品線與標(biāo)準(zhǔn)的8和16位SRAM器件管腳兼容。這些器件還提供具有35ns讀/寫速度和擴(kuò)展工業(yè)溫度范圍的BGA封裝。Everspin高達(dá) 512kB MRAM器件已應(yīng)用于Emerson Network Power公司的基于飛思卡爾MPC864xD的MVME7100單板計(jì)算機(jī)中（圖4）。預(yù)計(jì)Everspin今年底還將推出16Mb MRAM和汽車級的MRAM器件。
Numonyx的相變存儲(chǔ)器(PCM)也即將推出。與Z-RAM一樣，它也必須挑戰(zhàn)現(xiàn)有的品牌技術(shù)。但它一旦推出來，它的性能和可擴(kuò)展性優(yōu)勢有望使得其它競爭技術(shù)相形見絀。但它還需要幾年時(shí)間才能出來，因此讓我們密切保持關(guān)注吧。 閃存的未來 閃存是目前的成熟技術(shù)。大多數(shù)獨(dú)立閃存產(chǎn)品內(nèi)的閃存具有比集成在MCU內(nèi)的閃存更高的密度，這是因?yàn)榧稍贛CU中的閃存必須采用與實(shí)現(xiàn)邏輯電路相同的工藝。 獨(dú)立閃存也有不同的格式，從芯片到可接拆設(shè)備，諸如CF卡、SD/XD、MiniSD、MicroSD、記憶棒和USB盤。其中這些產(chǎn)品已用在嵌入式應(yīng)用中，如WinSystems的16 GB工業(yè)級CF卡（圖5）。它的雙通道操作支持40MBps的持續(xù)讀傳輸速率和30MBps的寫操作速率。
嵌入式應(yīng)用還有更多的選擇�？刹迦氲絀DE標(biāo)識(shí)頭的模塊對硬盤來說是一個(gè)常見替代。最初，這些閃存的容量很小。不過，現(xiàn)在其容量已大大增加，從而使得這些閃存在許多應(yīng)用中不僅能用于引導(dǎo)代碼存儲(chǔ)，而且還能完全替代硬盤。 Western Digital Solid State Storage(前身是Silicon Systems)是采用Small Form Factor (SFF) SIG Silicon Blade外形因子的閃存硬盤供應(yīng)商。其Silicon Drive Blade具有鎖存功能且堅(jiān)固耐用，是Western Digital Solid State Storage推出的10腳模塊的替代品（圖6）。它有多種供應(yīng)渠道，可插入大多數(shù)PC主板上的10腳標(biāo)識(shí)頭中。
相比其它技術(shù)選擇，閃存外形在決策時(shí)往往不是很重要。是NAND，還是NOR？是SLC，還是MLC？這些技術(shù)抉擇使設(shè)計(jì)師必須面臨一系列取舍權(quán)衡。沒有一種產(chǎn)品能滿足所有應(yīng)用需求。事實(shí)上，在一些更苛刻的應(yīng)用中，要采用多種閃存技術(shù)。 我們可從東芝產(chǎn)品的一些常用指標(biāo)了解設(shè)計(jì)師必須做出哪些權(quán)衡。例如，NAND的擦除速度是2ms，而NOR是900ms。另一方面，NOR的容量是NAND 的4倍，可達(dá)到256 Mb，且還在不斷提升。當(dāng)采用103MBps時(shí)鐘時(shí)，NOR的讀速率至少是NAND的4倍。但NOR的寫速率在0.5MBps水平，而SLC NAND的是8MBps。 SLC和MLC具有相似的權(quán)衡取舍。MLC具有更高密度，但寫次數(shù)要少得多。所有閃存技術(shù)都有局限性，這使得MRAM和FRAM等替代技術(shù)很搶.手。若MRAM和FRAM技術(shù)能以類似的價(jià)格提供接近或超過閃存的容量，那么存儲(chǔ)器市場的版圖將顯著改觀。遺憾的是，這不太可能在短期內(nèi)出現(xiàn)。 這意味著損耗均衡技術(shù)正變得越來越重要，特別是考慮到MLC技術(shù)在這方面的局限，以及其明顯更大的容量。硬盤更換的目標(biāo)期限是5年。雖然這對企業(yè)級方案足夠長了，但對生命周期更長的嵌入式應(yīng)用來說，未必合適。這意味著設(shè)計(jì)人員必須要比以往留意更多的規(guī)格。 SandForce 的SF-1500 SSD控制器專為MLC閃存所設(shè)計(jì)（圖7），它可提供至少5年使用壽命、30k IOPS(每秒輸入/輸出數(shù))的隨機(jī)讀/寫速率、以及250MBps的連續(xù)讀/寫操作速率。對硬盤來說，它相當(dāng)于5k IOPS/W與20 IOPS/W之比。
SandForce采用的DuraClass技術(shù)也應(yīng)用了獨(dú)立硅部件冗余陣列（RAISE），本質(zhì)上是帶芯片的RAID。它與先進(jìn)的動(dòng)態(tài)損耗均衡和先進(jìn)的糾錯(cuò)編碼(ECC)支持相結(jié)合，允許SandForce支持的固態(tài)硬盤(SSD)達(dá)到企業(yè)級存儲(chǔ)對性能和壽命的要求。 替代技術(shù)將很難滿足這些要求，除非采取類似的方法來規(guī)避MLC閃存的局限性。例如，為保證5年使用壽命，許多替代技術(shù)強(qiáng)制規(guī)定了每天最多的寫次數(shù)。SandForce可在512GB、1.8英寸SSD內(nèi)支持單片控制器方案。 海量存儲(chǔ)器 SSD是海量存儲(chǔ)解決方案的一種。SSD已經(jīng)消滅了1英寸硬盤市場，并正在逐步增加其在1.8英寸、2.5 英寸甚至3.5英寸硬盤市場的份額。在外形方面，SSD也有很大差異性，它們不遵循常規(guī)的硬盤配置。這也是為什么SSD可很容易地放在電路板上，而硬盤卻難以做到這一點(diǎn)。 盡管如此，在所能達(dá)到的最大容量方面，SSD仍不及硬盤。從價(jià)格/千兆字節(jié)的角度，硬盤也是贏家。SSD取代硬盤的轉(zhuǎn)換點(diǎn)在不停移動(dòng)，但這只是簡單地意味著設(shè)計(jì)人員和用戶可擁有更多選擇。 1.8英寸硬盤最受移動(dòng)設(shè)備青睞。也正是在這里，消費(fèi)者對閃存和硬盤之間的選擇變得更困難。雖然對設(shè)計(jì)師來說，這很容易，因?yàn)镾SD和硬盤都可提供這種外形。（但價(jià)格和容量間的權(quán)衡依然存在。） 大多數(shù)動(dòng)作發(fā)生在2.5英寸領(lǐng)域。它包括像富士通的500GB Handy Drive那樣的外接硬盤（圖8）。在幾個(gè)月以前，該容量還是3.5英寸硬盤的容量上限。
由于大量硬盤可容易地安裝在1U機(jī)架內(nèi)，因此外形因子也已經(jīng)顯著影響了服務(wù)器的設(shè)計(jì)。更重要的是，該數(shù)量大大超過了RAID配置的最低要求，從而促成了該控制器市場的增長。一個(gè)八驅(qū)動(dòng)RAID系統(tǒng)已不再新奇。相反，它已成為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)選擇，而在高端存儲(chǔ)系統(tǒng)，甚至出現(xiàn)了更多驅(qū)動(dòng)器。 與3.5英寸硬盤的容量比，2.5英寸仍是小巫見大巫。但對RAID系統(tǒng)來說，個(gè)頭大小并非一切，因?qū)^小硬盤配置來說，其系統(tǒng)重建次數(shù)要更少。 不要忽略3.5英寸市場。像希捷的Barracuda LP硬盤就具有2TB的容量，它著眼的是滿足數(shù)字錄像機(jī)對視頻存儲(chǔ)的容量需求（圖9）。如果電影公司認(rèn)可這種越來越大的存儲(chǔ)能力能給他們帶來機(jī)會(huì)，則 3.5英寸硬盤市場將會(huì)非常火爆。若果如此，3.5英寸硬盤很可能供不應(yīng)求。
RAID 將繼續(xù)與3.5硬盤一起發(fā)揮作用，特別是在消費(fèi)電子應(yīng)用。但是，使用戶不了解這點(diǎn)很重要�？梢院苋菀椎亟忉尀槭裁匆獮橄M(fèi)者提供更大存儲(chǔ)容量，甚至也能說得通為什么要借助RAID減小容量、以改善可靠性。但要理解RAID 1和RAID 5的區(qū)別則是完全不同的另一碼事。 保持互聯(lián)性 若不提及互聯(lián)日益增長的重要性，則對存儲(chǔ)器的任何描述都是不完整的。對于以消費(fèi)者為中心的產(chǎn)品和多種嵌入式應(yīng)用來說，這意味著USB和SATA。USB是硬盤的間接接口，并有可能成為閃存驅(qū)動(dòng)器的直接接口。 外接SATA或eSATA迅速出現(xiàn)在包括外接驅(qū)動(dòng)器在內(nèi)的許多產(chǎn)品中，但它將是補(bǔ)充而不是取代USB。USB 3.0將及時(shí)出現(xiàn)以滿足更高吞吐率驅(qū)動(dòng)器的需求。盡管目前而言，高速USB 2.0以其480 Mbps的傳輸速率足以滿足要求。 SAS和Fibre Channel(光纖通道)將出現(xiàn)在企業(yè)級存儲(chǔ)市場。光纖通道系統(tǒng)往往包括SATA或SAS硬盤，且有可能或更可說最終也將把SSD包含在內(nèi)。 就存儲(chǔ)來說，比以往任何時(shí)候都有更多的選擇，但做出選擇并非易事，因?yàn)榇嬖诙喾N替代方案。 作者：William Wong |
