eMMC (embedded MultiMedia Card)

Was ist eine embedded MultiMediaCard (eMMC)?

Eine embedded MultiMediaCard (eMMC), oder auch eingebettete MMC, ist ein kleines Speichergerät, das aus einem NAND-Flash-Memory und einem Speicher-Controller besteht. Die MultiMediaCard Association und JEDEC entwickelten 2006 den eMMC-Standard für eingebettete Flash-Memory-Anwendungen.

Die Technologie ist für den Einsatz in tragbaren Geräten wie Mobiltelefonen und Tablets vorgesehen und wird neuerdings auch in Sensoren eingesetzt, die mit dem Internet der Dinge (IoT) verbunden sind. Sowohl das Flash Memory als auch der Controller befinden sich auf einem einzigen integrierten Schaltkreis (IC), der fest in ein Gerät integriert ist.

Wie funktionieren eMMCs?

Eine eMMC dient als primärer Speicher für tragbare Geräte. Dieser Speicher kann mit einer austauschbaren Secure Digital (SD)-Karte oder einer microSD-Multimediakarte erweitert werden. Für sehr kleine Sensoren, die an IoT-Geräte angeschlossen sind, ist eMMC jedoch der einzige Speicher.

Der eMMC-IC wird über eine parallele Verbindung direkt an die Hauptplatine des Geräts angeschlossen, das ihn zum Speichern von Daten verwendet. Durch die Verwendung eines integrierten Controllers in der eMMC muss sich die CPU des Geräts nicht um die Speicherung von Daten kümmern, da der Controller der eMMC und die zugehörige Firmware diese Funktion übernehmen. Dadurch wird die CPU – ein Chip mit geringerer Geschwindigkeit und niedrigem Stromverbrauch im Vergleich zu Chips, die in PCs oder Servern verwendet werden – für wichtigere Aufgaben frei. Durch die Verwendung von Flash-Speicher verbraucht der gesamte IC-basierte eMMC im Vergleich zu einer rotierenden Festplatte nur wenig Strom.

Während die Verbindung zur Hauptplatine des Geräts parallel ist, ermöglicht die aktualisierte eMMC-Spezifikation eine Datenübertragungsrate von bis zu 400 Megabyte pro Sekunde. Das ist vergleichbar mit einem Solid-State-Laufwerk (SSD), das einen Serial-ATA-Anschluss (SATA) verwendet.

Anwendungsfälle für eMMC

Die Mobilgeräteindustrie ist der Hauptnutzer von eMMC; die Technologie kommt in Smartphones, Tablets und Laptops zum Einsatz. Die größte verfügbare eMMC-Kapazität beträgt ein Terabyte (TB). Sie sind von verschiedenen Anbietern erhältlich und werden häufig in leichten Notebooks eingesetzt. Die in IoT-Geräte eingebauten Sensoren zur Datenerfassung stützen sich auf kleinere integrierte eMMC-Schaltungen.

Auch die Autoindustrie nutzt eMMCs, da immer mehr Fahrzeuge über Onboard-Entertainment- und Navigationssysteme verfügen. Unternehmen wie SanDisk haben robuste eMMCs auf den Markt gebracht, die den Umwelt- und Belastungsanforderungen im industriellen und automobilen Einsatz standhalten. Ruggedized eMMCs kosten mehr als die Standard-eMMCs.

Wer stellt eMMCs her?

Nach Angaben von Global Market Insights gibt es eine Auswahl führender eMMC-Hersteller:

• ADATA Technology.
• Kingston Digital.
• Kioxia.
• Renesas Elektronik.
• Samsung Elektronik.
• SanDisk.
• SK Hynix.
• Micron.
• Toshiba.

Vor- und Nachteile von eMMC

Zu den Vorteilen der eMMC-Technologie gehören die folgenden:

• Eine große Datenspeicherkapazität von bis zu einem Terabyte.
• Ein kompakter Formfaktor, der sie ideal für kleine Unterhaltungselektronik und andere elektronische Geräte macht.
• Niedrige Kosten im Vergleich zu anderen Technologien.

Im Folgenden werden einige der Nachteile dieser eingebetteten Systeme aufgeführt:

• Langsamere Lese-/Schreibgeschwindigkeiten als Technologien wie Universal Flash Storage (UFS) und NVMe.
• Eine begrenzte Anzahl von Schreibzyklen.
• Nicht ideal für leistungsstarke und rechenintensive Anwendungen.
• Nicht so zuverlässig wie andere Architekturen, zum Beispiel SSDs.

Universal Flash Storage: Ersatz für eMMC

Im Jahr 2011 veröffentlichte die JEDEC den UFS-Standard, der eMMC- und SD-Flash-Speicherkarten durch einen einzigen Standard ersetzen sollte. Im Jahr 2015 kündigte Samsung seinen ersten eingebetteten UFS-Speicher für tragbare Geräte mit einer Größe von bis zu 128 GB an. Im Jahr 2016 kündigte Samsung seine ersten herausnehmbaren SD-Karten an, die auf UFS basieren. Weitere Versionen des Standards wurden 2018, 2020 und 2022 eingeführt. Die sechste Generation – UFS 4.0 – versoricht eine Leseleitung von bis zu 4.200 MB/s und eine Schreibgeschwindigkeit von 2.800 MB/s. Mit dem Standard sind Kapazitäten von 128 GByte bis zu einem Terabyte verfügbar. Diese Version wurde für 5G-Smartphones und anspruchsvolle Anwendungen wie Augmented Reality (AR) und Virtual Reality (VR) optimiert: Auch diese UFS-Generation offeriert geringeren Energieverbrauch und höhere Leistungsdichte.

UFS hat mehrere Vorteile gegenüber eMMC:

• Full-duplex-Schnittstelle. UFS verwendet eine Vollduplex-Schnittstelle, die gleichzeitige Lese- und Schreibvorgänge ermöglicht. Die Halbduplex-Schnittstelle, die eMMC verwendet, beschränkt Lese- und Schreibvorgänge auf jeweils nur einen.
• Niederspannungs-Differenzial-Signalisierung. UFS verwendet die LVDS-Schnittstelle, die die Übertragungseffizienz verbessert. LVDS ist nicht in eMMC enthalten.
• Schnellere Geschwindigkeiten. UFS ist für schnellere Lese-/Schreibgeschwindigkeiten ausgelegt als eMMC, das eine parallele Acht-Spur- und Halbduplex-Schnittstelle verwendet. UFS basiert außerdem auf der Small Computer System Interface-Architektur und verwendet SCSI-Tagged Command Queuing, was ebenfalls die Übertragungsgeschwindigkeit und die Gesamtleistung verbessert.

Seit der Veröffentlichung der Version 5.1A von eMMC im Jahr 2019 hat sich die Entwicklung im Vergleich zu UFS verlangsamt. Die JEDEC, die für beide Spezifikationen zuständig ist, hat ihren Fokus allmählich auf UFS verlagert. Dennoch wird eMMC weiterhin verwendet und stellt eine praktikable und kostengünstige Option für Anwendungen in den Bereichen Edge Computing und IoT dar.