首颗UFS主控芯片背后:得一微在手机存储的探求
在智能手机统治半导体行业的十几年里,不少芯片和供应链被彻底改写。
以存储为例,在功能机时代,NOR Flash就满足了大部分的需求。但伴随着智能手机的面世,操作系统的升级,显示的增强、玩游戏性能需求的提升以及拍照和拍视频需要高速输入输出,过往的那些存储在应付这些任务捉襟见肘,于是,存储供应链推动手机存储从eMMC走向了UFS,并在一代代的升级中,为智能手机带来更好的使用体验。
然而,在这个过程中我们发现,和很多元器件一样,存储除了很多闪存颗粒是由海外巨头提供以外,就连高端的存储主控,几乎都是国际巨头的自留地,尤其是在UFS方面,作为智能手机行业最高端的应用,这个领域过去一直都是境外厂商的天下。
但最近,得一微电子(YEESTOR)打破了这个局面,推出了大陆公开市场首颗UFS存储主控。
嵌入式存储龙头盯上了UFS
作为一家深耕存储17年,以存储控制技术为核心的芯片设计企业,得一微在嵌入式存储领域有独特的地位。公司成功研发了大陆第一颗量产的eMMC主控,并持续出货数亿颗,在国内嵌入式存储主控市场稳坐龙头位置,服务手机,平板,电视等客户,并在车规eMMC领域高速成长,形成了强大影响力。此外,在SSD主控领域,公司同样处于领先地位,尤其是SATA SSD主控,更是占据了全球近三分之一的市场份额。2023年公司总营收达到近10亿人民币规模。
最近,他们更是战略性的发布了UFS存储的主控,堪称中高端手机的SSD存储主控。
所谓UFS,也就是Universal Flash Storage(通用闪存存储),是一个由JEDEC(联合电子设备工程委员会)制定的标准。根据该机构对其定义,UFS是一种开放标准、高性能接口,设计用于需要最大限度降低功耗的应用,包括智能手机和平板电脑等移动系统以及汽车应用。其高速串行接口和优化的协议可显著提高吞吐量和系统性能。
和很多存储的发展一样,UFS的面世,就是为了解决智能手机CPU越来越快,但存储速度却没有跟上的矛盾。作为继eMMC之后的下一代更高性能嵌入式存储,UFS可带来各种数字消费者所需的超高速读/写性能、低功耗和快速启动应用程序的产品。
之所以能够拥有如此多的优势,归因于JEDEC在定义UFS时候引入的先进设计理念:与 eMMC的8通道并行和半双工接口相比,UFS的全双工串行LVDS接口可以更好地扩展到更高的带宽;与eMMC不同,UFS还能基于SCSI架构模型,支持SCSI标记命令队列(Tagged Command Queuing)。此外,UFS还支持多队列、命令重新排序和电源门控等功能,这些功能都有助于帮助提高存储的性能和电源效率。
拥有这么多优势的UFS自2011年首次发布以来就受到了广泛好评,标准也在过去的十几年里升级到了4.0版本。
然而,这个技术虽好,但受限于技术本身的难度以及颗粒厂商的策略,过去的UFS模组甚至UFS主控都是由三星、SK海力士、铠侠、美光等这些领先的NAND巨头把持,当前一代的UFS也只是主要用在高端的智能手机上。
得一微电子股份有限公司(YEESTOR)市场总监罗挺先生在与半导体行业观察交流的时候也解析说:“除了颗粒原厂,公开市场上仅有2家境外的芯片企业做UFS主控,主要应用场景集中在旗舰手机内部存储”。“UFS存储相当于高端手机的SSD,门槛比PC的SSD还要高,所以过去对得一微来说,一直在不断的技术积累和商业探索。”罗挺补充说。
然而,终端市场发生了新的变化,得一微厚积薄发,敢于抓住市场显现的机会。
如罗挺所说,一方面,全球存储供应链格局剧烈变化,UFS也在从过往的旗舰手机下放到中端手机;另一方面,国产智能汽车的崛起,也给UFS创造了新的机会;再者,AI PC和AI手机的到来,也让UFS寻找到了新的发力方向;最后,类似AR/VR的机器,也让UFS的未来有了更多可能。
基于上述考虑,拥有深厚技术积累的得一微电子,在今年推出了中国大陆首款面向公开市场的UFS3.1存储主控YS8803,成为境内第1,全球第3家独立的UFS主控芯片供应商。
一颗芯片背后的经营之道
无论是罗挺的介绍,还是得一微官方的宣传资料看来,这款UFS主控芯片都蕴藏了得一微的有的放矢。
众所周知,在ChatGPT横空出世之后,谈了多年的人工智能加快了在不同场景中的落地。当中的AI手机和AI PC无疑是最受关注的两种应用。来自中国台湾的分析机构资策会MIC也预估,到2024年,AI手机渗透率10.6%,预期2025年后中阶手机将扩大导入,有助于大幅提升AI手机出货,到2027年,渗透率进一步突破42%;来到AI PC方面,资策会预测,2024年AI PC的渗透率也将突破一成达到15.7%,到2025年,渗透率将达到33%,2027年更将高达65.9%。
在这个转变背后,除了需要更高性能、更聪明的处理器以外,更懂AI的存储会是另一个关注的热点。作为一个存储行业的“老兵”,得一微也洞察到了这一点。
罗挺也直言,与生成式AI关联最密切的是内存,因此AI服务器需要大量的HBM,手机端也需要大容量的LPDDR,但是当前手机内存容量有限且性价比尚待提高。他进一步指出,人工智能的核心在于对参数的快速访问而非文件的处理。因此如何让这个参数的访问效率更高是业界面临的共同挑战。
“将部分AI数据转移到闪存中进行优化,是存储主控厂商们正极力思考和积极探索的解决方案。”罗挺补充说。于是,得一微顺势推出了UFS3.1主控YS8803。据介绍,YS8803主控采用先进的晶圆工艺,支持MIPI M-PHY 4.1和UniPro v1.8标准,搭载4KB LDPC纠错技术,其低功耗架构设计,确保了高性能与低能耗的完美结合。2150MB/s和2000MB/s的顺序读写性能,实现了总线饱和满性能。这样的设计使得他们能够为AI的普惠做好充分的准备。
熟悉存储行业的读者应该知道,现在的UFS已经迭代到了4.0版本,国际上的巨头也都在围绕这个高性能和高附加值的技术进行研发。但得一微却推出了基于UFS3.1的主控产品。按照罗挺所说,这其实也是得一微深思熟虑后的又一次权衡。
罗挺解析说,直至现在,UFS3.1闪存依然是市场的主流选择,市场占比达到50%以上,这种状况将在未来几年内持续。因此,在最广阔的市场里创新,并率先发布第一款UFS主控产品,最容易在商业上取得成功。罗挺同时还透露,得一微预计在2025年会发布大陆第一款UFS4.0主控,同时补齐UFS2.2的产品。打造完整的产品组合,以满足市场的多样化需求。
得一微认为,大模型时代,需要新的“存储基建”,真正的壁垒不在摩尔定律,而在存储墙。计算和存储作为计算机的两个最基本的抽象,虽然具有不同的特性,但它们是可以相互转化的,可以用存储换计算,也可以用计算换存储。存储永远比计算更为经济高效,在以存储为中心的AI时代,存储控制、存算一体、存算互联的芯片,都需要重新设计。
“随着技术的不断进步和应用场景的不断拓展,我们有理由相信,以存储为中心的芯片设计将成为未来芯片设计的一个重要趋势,为数据的处理和存储带来更高效、更可靠的解决方案。”得一微强调。

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