eMMC

eMMC（Embedded Multi Media Card）是MMC协会订立、主要针对手机或平板电脑等产品的内嵌式存储器标准规格。eMMC在封装中集成了一个控制器，提供标准接口并管理闪存，^[1][2]使得手机厂商就能专注于产品开发的其它部分。^[3]

eMMC相关规范是由2007年7月提出的MMC4.1规范发展而来。最初MMC4.1规范只是规定了电气接口规范。2007年12月eMMC的概念在eMMC4.3规范中被首先提出。2009年3月推出的eMMC4.4规范中引入了DDR(DualDataRate，双数据速率)类型的数据传输模式。到2011年6月，eMMC4.5版本规范中首次对HS200速度模式进行了说明，此时符合eMMC4.5规范的器件已经具备了一套完整的嵌入式多媒体存储卡的功能，但是在传输速度上还没能与其他存储介质拉开差距。直到2013年9月，在eMMC规范比较大的版本更新中，eMMC5.0规范正式推出。^[4]2015年2月，JEDEC正式发布嵌入式多媒体卡标准(eMMC)电气标准(5.1版)。^[2]

eMMC采用统一的MMC标准接口，将存储芯片(NAND Flash)及其控制芯片封装在一颗BGA芯片内。eMMC可以很好解决NAND Flash管理困难的问题，系统厂商只需要选择所需容量的eMMC芯片，而不用理会Flash品牌差异、纳米制程技术改变、兼容性等一系列管理难题，从而简化终端产品关于存储方案的设计，缩短新产品推出的时间。^[5]

eMMC协议发展起源于最初的SD卡协议，但SD卡是插拔式的，主要是为了给数码相机、手机等提供外置容量扩展使用或作为移动存储设备使用。为了对嵌入式领域制定一个大容量、高速率、开发难度低的存储标准，集成在移动产品内部，JEDEC组织和MMC协会在这方面做出了不懈努力。2007年7月，eMMC4.1规范应势而生，对其电气接口等进行了详细描述。同年12月，提出来eMMC4.3协议，增加了上电引导等功能，当时的理论传输峰值为52MB/s。2009年，eMM1C4.4标准问世，进入DDR传输模式，传输峰值达到104MB/s。到2011年，eMMC4.5标准提出了HS200工作模式，将总线时钟提高到了200MHz，传输峰值达到200MB/s，此时的eMMC协议已经具备了一套完整的处理方案，但SD卡的理论峰值也能达到104MB/s，右传输带宽方面eMMC协议还没能体现出自己的优势。直到2013年7月29日，JEDEC组织对eMMC规范进行大幅度改进，推出了eMMC5.0协议，三星开始量产行业首款eMMC 5.0存储产品，该标准提出了最新的HSS400工作模式，在200MHz的时钟下加入了DDR模式，理论峰值达到400MB/s，相比于其他SD卡等其他标准有了绝对的速度优势。2015年2月，eMMC已经更新到了最最新的5.1版本，eMMC芯片也更新到了15nm工艺水平，相比于eMMC5.0协议，在系统管理、内部寄存器数值等方面进行了工程化的优化，具有更高的性能与可靠性。^[6]

eMMC 结构由一个嵌入式存储解决方案组成，带有MMC(多媒体卡)接口、快闪存储器设备及主控制器将它们集成在一个小型的BGA 封装接口速度高达每秒400MBytes，eMMC 具有快速、可升级的性能，同时其接口电压可以是1.8V或者是3.3V。^[7]

eMMC采用统一的MMC标准接口，把高密度NANDfash以及MMCcontroller封装在一颗BCA芯片中针对 nash 的特性，产品内部已经包含了nash管理技术，包括差错校验和纠正、0ash 擦写均衡、坏块管理掉电保护等技术。用户无须担心产品内部fash晶圆制造工艺的变化。同时，eMMC单颗芯片为主板内部节省了更多的空间。^[7]

eMMC 内部主要可以分为 Flash Memory、Flash Controller 以及 Host Interface 三大部分。^[8]

Flash Memory 是一种非易失性的存储器，通常在嵌入式系统中用于存放系统、应用和数据等，类似与 PC 系统中的硬盘。eMMC 在内部对 Flash Memory 划分了几个主要区域：BOOT Area Partition 1 & 2、RPMB Partition、General Purpose Partition 1～4、User Data Area。^[8][2]

BOOT Area Partition 1 & 2 此分区主要是为了支持从 eMMC 启动系统而设计的。 该分区的数据，在 eMMC 上电后，可以通过很简单的协议就可以读取出来。同时，大部分的 SOC 都可以通过 GPIO 或者 FUSE 的配置，让 ROM 代码在上电后，将 eMMC BOOT 分区的内容加载到 SOC 内部的 SRAM 中执行。^[8][2]

RPMB Partition RPMB 是 Replay Protected Memory Block 的简称，它通过 HMAC SHA-256 和 Write Counter 来保证保存在 RPMB 内部的数据不被非法篡改。 在实际应用中，RPMB 分区通常用来保存安全相关的数据，例如指纹数据、安全支付相关的密钥等。^[8][2]

General Purpose Partition 1～4 此区域则主要用于存储系统或者用户数据。 General Purpose Partition 在芯片出厂时，通常是不存在的，需要主动进行配置后，才会存在。^[8][2]

User Data Area 此区域则主要用于存储系统和用户数据。 User Data Area 通常会进行再分区，例如 Android 系统中，通常在此区域分出 boot、system、userdata 等分区。^[8][2]

NAND Flash直接接入Host 时，Host 端通常需要有 NAND Flash Translation Layer，即 NFTL 或者 NAND Flash文件系统来做坏块管理、ECC等的功能。eMMC 则在其内部集成了 Flash Controller，用于完成擦写均衡、坏块管理、ECC校验等功能。相比于直接将 NAND Flash 接入到 Host 端，eMMC 屏蔽了 NAND Flash 的物理特性，可以减少 Host 端软件的复杂度，让 Host 端专注于上层业务，省去对 NAND Flash 进行特殊的处理。^[8][9]

用于同步的时钟信号^[8]

此信号是从 Device 端输出的时钟信号，频率和 CLK 信号相同，用于同步从 Device 端输出的数据。该信号在 eMMC 5.0 中引入。^[8]

此信号用于发送 Host 的 command 和 Device 的 response。^[8]

用于传输数据的 8 bit 总线。^[8]

MMC(多媒体存储卡)诞生于1997年，eMMC利用它将主控制器、闪存颗粒整合到了一个小的BGA封装内，提升速度：eMMC 4.41 104MB/s、eMMC 4.5 200MB/s、eMMC 5.0 400MB/s。2014年2月东芝发布了UFS 1.1，并推出了芯片组，还得到了JEDEC的认可从而成为国际标准，但速度仅有300MB/s。^[11][2]

eMMC最大优点加快了新产品的更新速度，减少了研发成本，缩短了新产品的研发周期。^[12]

eMMC（嵌入式多媒体卡）的主要优点在于简化了手机存储器的设计和使用过程。由于不同品牌的NAND flash芯片（如三星、KingMax、东芝、海力士、美光等）具有各自的产品和技术特性，每次制造工艺的更新换代（例如从70nm到50nm、40nm或30nm）都会导致手机客户需要重新设计存储器。eMMC通过将NAND flash芯片与控制芯片集成在一起，使得手机客户可以直接采购并使用eMMC芯片，无需处理复杂的兼容性和管理问题。这样的设计显著减少了新产品的研发时间和成本，加快了新手机型号的推出速度。简而言之，eMMC的优点在于提高了存储器设计的通用性和便捷性，加快了产品的上市进程。^[7]

eMMC的应用场景主要包括移动设备（如智能手机、平板电脑）、消费电子产品（2011年已量产的Palm Pre、Amazon Kindle II和Flip MinoHD等热门产品均采用eMMC）、车载娱乐系统、单板计算机（SBC）、机器人、医疗设备、网络和建筑控制设备等。这些应用场景的选择反映了eMMC的几个关键优势：体积小巧、低功耗、读写速度快以及高度集成，这些特点使得eMMC非常适合于需要紧凑设计和长时间运行的应用。^[13][14][15]

eMMC提供了一种紧凑且成本效益高的数据存储和访问方案，适用于智能手机、平板电脑等多种电子设备。^[16]根据市场分析报告，全球eMMC市场的规模在2023年达到了11.1亿美元，并预计到2032年将达到15.0亿美元，达到3.32%的复合年增长率（CAGR）。^[17][18]此外，从2021年到2026年，全球eMMC市场的预期增长率为3.8%，预计到2026年市场规模将扩大至18.4亿美元。^[19]中国预计到2030年市场规模将达到24亿美元，CAGR为5.3%。^[20]