זיכרון הבזק: הזדמנויות ומחלוקות

מאת: פרי קלר, Agilent Technologies. מאמר זה עוסק בביקוש הגואה לזיכרון הבזק ובמחלוקת בנוגע לתקן הנדרש עבור ממשקים טוריים של 3-Gbit עבור מודולי הבזק. מן ההיבט הטכני, אין זה משנה אם תגבר ידם של תומכי תקן ה-UFS או תקן ה-UHS-II. כאשר קצבי הנתונים יגיעו למהירויות של מאות מגה-הרץ, המהנדסים ייאלצו בכל מקרה להתמודד עם המעבר המהפכני לתחום המיקרוגל הדיגיטלי, שם ממתינות להם שלל בעיות הנוגעות לתקינות האותות (signal integrity). בנוסף, המאמר דן בתפקידן של חברות הבדיקה והמדידה בתהליך צמיחתן של טכנולוגיות הדור הבא.

אני “לוחם בדרכים”. בטלפון הסלולארי שלי מאוחסנות מפות של כמעט כל קווי הרכבת התחתית בעולם. כתוצאה מכך, הייתי שמח מאוד להגדיל את הזיכרון של הטלפון הסלולארי שלי בכמה עשרות ג’יגה-ביטים. כפי הנראה, אינני היחיד שמשתוקק לזיכרון נייד נוסף.

מכשירי הטלפון הניידים הם שמניעים את שוק זיכרון ההבזק. עד לשנת 2013, הביקוש לחריצי הרחבה לזיכרונות הבזק צפוי לעלות על מיליארד בשנה. שיעור כפול כמעט מן הביקוש בשנת 2010. מדובר בהזדמנות אדירה, וכל הגורמים המובילים בשוק זיכרונות ההבזק ממצבים את עצמם לקראת השתלטות על נתחים. ככל שהנתח יהיה גדול יותר – כן ייטב.

המחלוקת בנוגע לאופן פריסת העוגה גרמה לקרב של ממש. החברות התומכות בתקן ה-JEDEC Universal Flash Storage        המוצע עבור הדור הבא כוללות את נוקיה, סוני אריקסון, טקסס אינסטרומנטס, STMicroelectronics, סמסונג ומיקרון. מן העבר האחר, חברות כגון SanDisk, פנסוניק וטושיבה תומכות בתקן חדש של ה-Secure Digital Association, אשר מכונה UHS-II. התפתחויות חדשות הקשורות בטכנולוגיות ה-NAND העתידיות מוסיפות שמן למדורה. מאבק איתנים זה מזכיר את המחלוקת סביב VHS/Betamax, שפרצה לפני 35 שנה. אז המחלוקת יושבה רק לאחר עשור, אבל הצפי הוא כי המקרה הנוכחי ייפתר מהר יותר. הסיכונים הכרוכים בהתמשכות המחלוקת גבוהים מדי.

שני התקנים המוצעים מתייחסים לממשקים טוריים גבוהי מהירות של 3-Gbit עבור מודולי הבזק. ממשקים אלה אמורים לספק שיפור משמעותי בביצועים, לרבות העלאת קצבי העברת הנתונים לרמה הגבוהה פי 10 מאשר הקצבים הקיימים. קצבים מהירים אלה יקלו עד מאוד על הטיפול בתכני מולטימדיה ובמיוחד תכנים באיכות HD. ככל שההתקנים הניידים הופכים להיות דומים לפלטפורמות מחשוב, כך מתעצמת החשיבות של מהירות האחסון בנפח גדול בכל הנוגע להפעלת קובצי וידיאו ואחסון ספריות של תכני בידור ומסדי נתונים גדולים של מידע.

בטרם נוכל לנוח על זרי הדפנה, לא זו בלבד שקרב התקנים צריך להגיע אל קצו, אלא שעלינו להתגבר על מכשול משמעותי נוסף: זירת המחשוב הנייד נכנסת לתהליך המעבר לתשתית דיגיטלית/מיקרוגל. על מנת לתכנן את מודולי ההבזק ושבבי הזיכרון של הדור הבא, המהנדסים יידרשו למומחיות בתחום הדיגיטלי/תחום המיקרוגל. המעבר לתחום המיקרוגל הדיגיטלי מונע על-ידי העובדה, כי ההתקנים שיתמכו בתקני UFS ו-UHS-II וכן התקני ה-NAND העתידיים צפויים לפעול במהירות של מאות מגה-הרץ. עובדה זו יוצרת שלל אתגרים.

ככל שקצבי הנתונים מואצים, מתרבים העיוותים באותות הדיגיטליים המשמשים להעברת נתונים, דבר העלול להוביל לכשלים בהעברה. במקרה של טכנולוגיות הדור הבא, הניהול של תקינות האותות (SI) צפוי להוות אתגר אימתני יותר מכפי שהוא נתפס כיום. לא בטוח כלל ועיקר, שהמתכננים של ימינו מוכנים לאתגר כזה.

בנוסף לקצבי הנתונים המהירים יותר, ניהול תקינות האותות עבור טכנולוגיית זיכרון ההבזק של הדור הבא צפוי להפוך למשימה קריטית בעקבות מספר שינויים. על מנת לתמוך בקצבי הנתונים המהירים יותר, המהירות של קצבי הקצה תצטרך לגדול פי 10-100. הזיווד הדחוס ומורכבות החברור (interconnects) מצריכים פיתוח, כדי שניתן יהיה לתת מענה לביקוש המוגבר לקיבולת אחסון מוגדלת. הלחץ בנוגע להפחתת עלויות צפוי להיות אדיר, ומן הסתם יאלץ את המתכננים להתפשר באופן שישפיע על תקינות האותות. ייתכן שהם יצטרכו להשתמש בחומרים זולים יותר ואף לוותר על מישור ההארקה (ground plane).

בעת שזמני העלייה הופכים מהירים יותר, רכיבי התדר הגבוה של האות הופכים בולטים יותר. אותות גבוהי תדרים רגישים יותר לאיכות החברור, כך שהבעיות הקשורות בתקינות האות מתרבות. בנוסף, בעוד שתדרי האותות עולים, כך גדלים גם הפסדי האותות. לפיכך, רכיבים גבוהי תדרים של אותות המתאפיינים בזמני עלייה מהירים חווים הפסדים רבים יותר מאשר רכיבים נמוכי תדר, והפסד זה בתורו גורם לעיוות האות ולהפרעות בין-סימניות (ISI, intersymbol interference).

המהנדסים יידרשו אפוא להבין את הסיבות לבעיות הקריטיות הקשורות בתקינות האות ואת הפתרונות המתאימים. הם יצטרכו להפגין מומחיות מיידית בהקשר עם מדידת השתקפות ועיוותים של אותות, ערב דיבור (crosstalk) הקפצת הארקה (ground bounce) וריצוד. למרבה המזל, יצרני צב”ד כמו Agilent יוכלו לסייע להם בהתמודדות עם אתגרים אלה.

תפקידי חברות הצב”ד אינו לתמוך בצד זה או אחר, אלא לאפשר את התבססות הטכנולוגיות של הדור הבא.

המשימה המוטלת על חברות הצב”ד היא החלת הידע שרכשנו בתחום המיקרוגל על הטכנולוגיות הדיגיטליות/טכנולוגיות המיקרוגל של הדור הבא, ולסייע לכל אחד מלקוחותיהם להתמודד בהצלחה עם הטכנולוגיות החדשות.

רוב האפיקים הטוריים של הדור הבא מבוססים על ארכיטקטורה דומה.

תקני ®USB, PCI Express

DisplayPort ו-MIPI M-PHY, UFS

ו-UHS-II משתמשים כולם בקידוד 8 b/10b. העובדה שארכיטקטורה בסיסית זו נמצאת בשימוש על-ידי כולם מניעה חלק נכבד מן הדרישות הארכיטקטוניות של הנדסת תכנוני הבדיקה. דרישות אלה דומות זו לזו ברמה העקרונית.

המשמעות היא, כי ניתן יהיה להשתמש בקלות בהישגים שנרשמו עבור PCI Express DisplayPort ו-MIPI M-PHY גם עבור טכנולוגיות כגון UFS, UHS-II וה-NAND העתידי. נקודה אחת ברורה מעל לכל ספק: ככל שטכנולוגיות הזיכרון יהפכו מורכבות יותר ומהירות יותר, כך יצטרכו גופי התקנון לקחת בחשבון את דרישות הבדיקה והמדידה בעת כתיבת מפרטים חדשים. אם לא כן, ייתכן שהמהנדסים לא יצליחו למדוד את תאימות התקניהם למפרטים. המדידות מהוות מרכיב מרכזי באבחון הבעיות ובהוכחת הטמעתם של הפתרונות הנכונים.

Agilent היא חברה פעילה ב-JEDEC וב-Secure Digital Association. מעורבותה בתקנים אלה מבטיחה שני יתרונות עיקריים למהנדסי התכנון של זיכרונות ההבזק:

ראשית, היא מאפשרת לחברה להשיק את המוצרים הנכונים כאשר המהנדסים זקוקים להם.

שנית, מעורבותה של Agilent באירועי plug-fest, סדנאות וסמינרים ממקמת אותה בעמדה ייחודית, המאפשרת לה לקדם פתרונות שמתפתחים במקביל לתקנים ומעניקים למהנדסים את היכולת לתכנן את מוצריהם בביטחון מלא.

התקנים החדשים של ממשקי ההבזק יאפשרו שיפור משמעותי בביצועיהם של שלל התקנים. Agilent שברשותה כלי הבדיקה והמדידה הנדרשים, מוכנה ומזומנה לסייע למהנדסים בהתמודדות עם האתגרים החדשים ובהאצת זמני הפיתוח של ההתקנים.

נותרה בקשה אחת: אנא, השתדלו שהתהליך יהיה מהיר ככל האפשר, כדי שאוכל להוסיף את המפות החסרות של הרכבת התחתית לטלפון הנייד עוד לפני הנסיעה הבאה לחו”ל.