數位相機、手機相機與MP3在這幾年來的成長十分迅速，使得消費者對儲存媒體的需求也急速增加，由於快閃記憶體（Flash）具有資料非揮發性、省電、體積小與無機械結構等的特性，適合可攜式應用，最適合使用於這類可攜式由電池供電的產品上。因此近幾年來Flash產業成為電子產業中相當熱門的一環，不管是上游的Flash晶片供應商，以及生產控制晶片的廠商到下游的記憶卡的製造與通路商，都相當的活絡。

Flash主要可以分為兩大類，一類是Code Flash用來放置系統中微處理器的程式碼，具有讀取速度快與可隨機存取的特性，但晶片容量較低。另一種則是Data Flash，具有循序讀取與大容量的特性，適合作為資料儲存的用途。而Data Flash依照電路架構又可分為NAND、AG-NAND、NROM等，但因為主要的Flash晶片廠商如三星、東芝、海力士與意法半導體都是採用NAND架構，因此我們也常將Data Flash通稱為NAND Flash。NAND Flash的晶片容量技術在這幾年中由於需求暢旺，使得各家廠商紛紛卯足全力一方面擴充產能，一方面用更先進的製程技術來量產，預估在2006年中，單顆容量為8Gb（1GB）就將成為市場主流，而2006年底將就可以看到單顆容量為32Gb（4GB），用MP3做例子，4GB足足可以聽上4000分鐘，而這相當於整整播放三天的音樂卻是僅僅存在一顆晶片中。

各式Flash儲存設備

一般而言，NAND Flash除了內建在系統之中，另外會以小型記憶卡或隨身碟的形式以利於使用者可以插拔與隨身攜帶。由於小型記憶卡的商機相當大，各家廠家紛紛組成不同的聯盟來制訂不同的規格，主要的記憶卡有以下幾種：Compact Flash（CF）、Smart Media（SM）、Secure Digital（SD）、MultiMedia Card（MMC）、Memory Stick（MS）與xD Picture（xD）。除此之外還有常在PC上使用的USB隨身碟（俗稱大姆哥），本文以下將對這幾個Flash儲存設備做更深入的討論。

Compact Flash（CF）

＠內文:CF卡在1994年正式推出，並於1995年10月成立Compact Flash Association推動規格，目前最新的規格是3.0版，Compact Flash到目前為止一共出現了兩種規格，最早推出的為CompactFlash Type I，後來又推出了43mm×36mm×5mm的規格，也就是我們現在說的CompactFlash Type II。新的CompactFlash Type II比原來的Type I要厚上2mm左右，而現在我們所謂的MicroDrive其實就是CompactFlash Type II Card。

Compact Flash具有8/16 bit寬的資料匯流排，並且可以支援IDE模式與PCMICA相容模式，並在新的Compact Flash的規格中，也制訂了Ultra DMA 33/66，可以讓傳輸的速度提升到66MB/sec，因此除了作為一般手持裝置的儲存媒體外，也適合使用於工業用電腦以及其他嵌入式裝置。

由於CF卡的規格尺寸較大（43mm x 36mm x 3.3mm），使得CF卡在越來越講求講究輕、薄、短、小的手持裝置如數位相機與手機上顯得力不從心，因此這幾年CF卡的成長幅度較不如SD、MMC等較小尺寸的記憶卡，在未來的走向上CF卡將走向大容量與高速的方向。

SmartMedia Card（SM）

Smart Media Card是於1996年推出，在1996年4月成立的SSFDC Forum推動下，是當時第一個規格標準化的小型記憶卡，由於其厚度為目前最薄的小型記憶卡，只有45mm x 37mm x 0.76mm，腳22pins，其具彈性的外表容易毀損，記憶卡本身並不包含控制器（Controller），其最大容量受限於128MB，後來為Fujifilm及Olympus共同主導推廣，目前已經為其下一代xD-Picture Card所取代。

MMC

MMCA成立於1998年，起初是由業界十四家公司聯合發起的，MMC標準在一開始是由SanDisk與Siemens AG/Infineon Technologies AG所聯合開發，且於1997年11月正式發表。其規格尺寸為：24mm x 32mm x 1.4mm。MMC讀寫速度為2.5MB/S，腳位7pins，工作電壓：2.7V～3.6V。貼心的迷你設計卻只有不到2g的重量

為了能打進手機的應用，MMC4.0也制訂MMC mobile；尺寸為18×24×1.4mm，同時支援1.65V～1.95V及2.7V～3.6V兩種工作電壓；工作頻率為26MHz，而52MHz為可選的時脈頻率；支援1/4/8位元三種可選的匯流排模式，並具有高速讀寫能力。

此外，MMCA亞洲會員的韓國Samsung於2005年3月發表也發表了超迷你版MMC Micro記憶卡。 MMC Micro體積為12mm×14mm×1.1mm，比Micro SD稍大，同樣符合MMC 4.0規定，具備雙電壓省電功能，最大讀寫速度為26MB/秒，容量選擇32MB/64MB/128MB/256/512MB。三星也會在2006第二季推出1GB/2GB的MMC Micro。

Secure Digital（SD）

SD Card是由SanDisk、Matsushita Electronic（松下電器）與Toshiba（東芝）根據MMC為基礎所聯合開發，但SD卡比MMC卡略厚。大部份SD卡的側面設有開關鎖掣，以避免一些資料意外地寫入，而SD卡也支援數位版權管理（DRM）的技術。一般SD卡的大小約為32mm×24mm×2.1mm。設有SD卡插槽的設備能夠使用較簿身的MMC卡，但是標準的SD卡卻不能插入到MMC卡插槽。

最早SDA協會規定最高速度為12.5MB/S，腳位：9pins（工作電壓：2.7V～3.6V），換算成倍速即為：85X，這也是許多廠商發表高速SD記憶卡達到80X具無法突破的極限！為了速度上的壓力，SDA協會已經於2004發表新一代工作版本SD 1.1，其最高速度可達25MB/秒。

SDA協會在2003年由SanDisk率先發佈新版的miniSD，主要以支援多功能手機為主，數位相機的使用者可以搭配專用的轉接卡，當作SD繼續使用。miniSD尺寸21.5mm×20mm×1.4mm、重量約1g，發表同時號稱是全世界最小快閃記憶。miniSD與SD相比面積減少40％、體積更減少60％、重量則減少50％。

SDA協會在2004年2月推出的超迷你記憶T-Flash並在同年底正式更名為Micro SD。其體積尺寸僅有11×15×1mm。

不斷進步的數位影像器材尋求更高速以及更高容量產品，SD1.1規格相形之下很快地不敷使用。SDA協會在2006年3月9號依據SD記憶卡聯盟重新籌劃製定「SD記憶卡規格Ver.2.00」打造全新高速4GB之SDHC記憶卡，預計今夏推出。SD Ver.2.00 將從現行的FAT16以及FAT12 改為FAT32檔案系統，俾使超過2GB容量以上的規格可以系統化，未來將不再出現相容性的問題，更進一步使得開發32GB超大容量化的產品成為可能。

Memory Stick

Sony直到1999年的晚期才推出Memory Stick，Memory Stick最大的特徵就是細長的外型與統一的藍色塗裝。體積為50mm×21.5mm×0.28mm，腳位10pins，重量約4公克。工作頻率可達20MHz，工作電壓2.7V~3.6V，具有易用的防寫開關。

受到松下SD記憶規格狂佔市場的威脅Sony Memory Stick推出新款Memory Stick Duo將取代舊款的Memory Stick，成為Sony數位相機的新規格，體積約為MS的三分之一，重量為MS的一半，可適用於Sony自家新一代DV/PDA/MP3/手機等產品。Memory Stick Duo銷售時多會搭贈一組相容於Memory Stick的轉接卡，方便使用者沿用過去的讀卡設備。

xD Picture（xD）

由Olympus和Fujifilm聯手催生的新一代超小型記憶卡XD-Picture Card體積是世界最小20mm×25mm×1.7 mm，重量僅3公克，容量最高達8GB。目前XD最大的困境是可支援的相機太少且大容量規格尚未普及。

USB Flash Drives（UFD）

UFD俗稱大姆哥或隨身碟，是利用PC上的USB作為存取的介面，UFD並沒有一個標準來定義這類產品的外型與規格，主要的是要符合Windows中USB大量儲存函式驅動程式的設定，這樣一來便可以在不同的PC上使用，而無須加裝專屬的驅動程式。UFD由於容量大、存取速度快。已取代軟碟機成為PC上最常用的資料交換與保存的方式之一。

《圖一　小型記憶卡發展歷史》

《圖二　小型記憶卡尺寸大小比較》

快閃記憶體控制晶片檔案管理

談過各種快閃記憶體的儲存媒體的規格之後，接下來要介紹的是快閃記憶體特殊的檔案管理方式。由於快閃記憶體架構上是不能直接改寫某一位元的資料，必須先抹除才能再寫入，而且快閃記憶體在寫入（Program）時是以頁（Page）為單位，一頁約為2K Byte，而在抹除（Erase）時是以區塊（Block）為單位，一個區塊為128K Byte。這樣一來可以想見如果對檔案作一些修改的，事實上在快閃記憶體的管理上並不只是對修改的部分做更動而已，而是會有搬移、寫入與抹除等一系列的動作，這再加上快閃記憶體的區塊有寫入/抹除的次數限制（約為十萬次），因此要將快閃記憶體像磁碟一樣使用的話，除了一般磁碟的管理方式外，還會在快閃記憶體的檔案管理系統中使用損壞區塊管理（Bad Block Management）與平均生命週期（Wear Leveling）兩個技術。損壞區塊管理讓資料不會寫入到有問題的區塊，平均生命週期程式會讓晶片中的每一個區塊的使用次數儘量平均，可以有效延長晶片的使用期限。

損壞區塊管理

損壞區塊指的是區塊中有一個或多個位元的可靠度是有問題的。損壞區塊有可能是在晶片的生產過程中產生，也會在使用過程中繼續增加。有損壞區塊的晶片特性上與完全無損壞區的晶片塊是相同的。

一般而言在晶片出廠的時候，生產廠商會做測試，如果是損壞的區塊則會在該區塊的備用區域（Spare Area）的第一或第二頁的特定位址寫入非FFh的資料。因此在快閃記憶體開始使用的時候，就可以把所有區塊掃瞄一次來建立一個損壞區塊表，以防止資料被寫入到已損壞的區塊。在使用過程中，如果某一個區塊在寫入或抹除過程中發生失敗，損壞區塊管理程式還會自動將資料重新搬移到新的區塊中，則該區塊也會被標記為損壞區塊，並將區塊的位址加入到損壞區塊表中。之後檔案系統要寫入到那一個已損壞的區塊，損壞區塊管理程式就會重新導向一個未損壞的區塊。

平均生命週期

由於快閃記憶體的區塊在可靠度上有寫入以及抹除次數的限制，如果不考慮到這個因素而平均使用每一個區塊，這樣一來那些較常改動資料的區塊的寫入以及抹除次數很容易會超過可靠度的壽命，損壞區塊也會很快的增加，造成晶片壽命大幅縮短。

平均生命週期的管理程式中會使用兩層的生命週期平均方式，在第一層的平均生命週期的管理程式中新的資料會被寫入到最不常被使用的可用區塊中，第一層的平均生命週期管理程式使用一個區塊使用表來記錄每一個區塊的使用次數，並且在程式一開始執行的時候，就將這個區塊使用表載入用來確保每一個區塊都能平均的被使用。

在第二層的平均生命週期管理程式中，不常被更動的資料會被搬移到其他的區塊，原來的區塊則用來擺放較常更動的資料，管理程式會比較每一個區塊使用次數的差距，當最常用與最不常用的區塊使用次數差距達到一個預定值的時候，則自動啟動這個機制將資料作搬移。

快閃記憶體控制晶片市場趨勢

2004年以前，CF卡是市場主流，但隨後受到其他小型記憶卡如SD、MMC及Memory Sticks擠壓，市佔率大幅滑落。其他規格如Smart Media Card（SM）或XD card則受容量限制，無法進一步提升市佔率。其後，記憶卡市場形成了MMC與SD各據山頭的局面。但對MMC來說，這個由Infineon和SanDisk在1997年合作推出，在當時較CF和SM體積更小、更輕、功耗更低的記憶卡，卻在SD崛起後遭遇極大挑戰。

儘管SD在2001年才問世，但市佔率卻年年攀升，主要原因除了容量與傳輸率為市場接受外，相容於MMC早期規格，加上保全機制完善也是主要原因。根據DRAMeXchange表示，SD的著作權保護法是由IBM、東芝、英特爾、松下電器共同開發，加上該技術是以DVD Recording規格的CPRM改良而成，更增添其安全性。

從應用面來看，在SD卡攻佔手機領域後，隸屬MMC陣營的諾基亞（Nokia）也逐步倒向SD陣營，2005年第四季起，該公司推出不少支援MicroSD卡的手機，間接導致MMC陣營喪失坐大市佔率的機會，加上摩托羅拉（Motorola）大部分機種也支援MicroSD卡，讓勝利逐漸往SD家族（SD、Mini-SD、MicroSD）靠近。

在MMC與SD卡的競爭中，未來的唯一變數就是MMC家族的MMCmicro獲得NAND快閃記憶體供應商兼手機大廠三星電子（Samsung Electronics）的全力支援，因為2006年三星會推出不少支援MMCmicro的新機種，且三星半導體部門有可能會以比MicroSD便宜的價格來拉抬MMCmicro聲勢，而這可能是MMC挽回聲勢的唯一機會。

《圖三　小型記憶卡市場佔有率預測》

根據IDC 2006年3月的估計，SD家族（SD、Mini-SD、MicroSD）的佔有率將達到43％，並且在2008年可以超過市場總量的50％。在這個趨勢下，各種數位裝置的製造商將會有「西瓜倚大邊」的效應，也將造成強者恆強的局面。

《圖四　小型記憶卡應用領域估計》

結語

從IDC的預測資料中可以發現，未來幾年中對記憶卡的需求成長最快的將是在手機上，手機的功能越來越強大，不管是聽音樂，錄影照相，GPS以及其他多媒體功能，都可以集中在一隻手機上頭，整合這麼多的功能後對記憶容量的需求更是大增，也因此在各種不同的記憶卡規格中若不能應用到手機上的話，則將來的成長及應用領域將受到限制。因此未來各種記憶卡將有幾個共同趨勢：

《圖五　新興小型記憶卡規格》

延 伸 閱 讀

PC能夠長期不在介面上做改良，可能的因素是應用方式集中在低速產品，PC主要的外部輸出入週邊設備、鍵盤、滑鼠都是低速的裝置，掃描器和監視器限於解析度未提昇至相當程度，循序和並行串接埠都可以應付。相關介紹請見「USB介面將發展成3C都接受的介面」一文。 SATA曾一度?廠商所癡迷的存儲連接技術，令?多用戶心向神往。SATA到底是個什?技術？它有什?先進的特性？作?企業級應用，用戶如何將它運用到現有的存儲技術當中去？本文將從技術特徵、發展狀況和應用方向等角度，?大家答疑解惑。你可在「SATA技術介紹」一文中得到進一步的介紹。 桌上型與筆記型電腦的演進永無止境，事實上，在討論筆記型電腦或桌上型電腦時，總是會出現更快、更輕巧或 功能更強等字眼。我們總是盤算下次何時為系統進行升級，希望在最快的電腦上讓應用程式發揮更大的效能。在「PCI-E專欄：PCI Express省電模式剖析 行動平台決戰電池續航力」一文為你做了相關的評析。

市場動態

瑞薩科技（Renesas）推出R8A66597雙埠USB主控制器，此低功率裝置可嵌入DVD錄放影機或建有USB埠的音響設備中，可支援所有USB 2.0規格定義的資料傳輸速度，包括高速（480Mbps）、全速（12Mbps）和低速（1.5Mbps），並備有雙埠組態和操作溫度範圍-40°C～85°C的耐溫版本，因此亦可應用於汽車電子中的音響和導航系統。相關介紹請見「瑞薩推出耐溫-40°C～85°C的嵌入式雙埠USB 2.0主控制器」一文。 美商巨積（LSI Logic）宣佈將針對通路商推出其小規格的SATA II 3Gb/s MegaRAID介面卡。這款專為高密度、空間有限的機架式伺服器環境所設計的新款八埠介面卡，是MegaRAID產品系列中的最新成員，可為追求低成本、空間受限的儲存環境提供理想解決方案。你可在「LSI Logic推出小規格SATA II 3Gb/s MegaRAID介面卡」一文中得到進一步的介紹。 矽統科技（SiS）表示，已整合其SiS756 PCIe晶片組與SiS163無線網路晶片，為PC提供新的無線網路平台選擇。SiS756是專為超微（AMD）Athlon 64FX設計，支援PCI Express x16介面，可提供8GB/s資料雙向傳輸頻寬；而802.11b/g的SiS756則支援MAC與基頻發射晶片（BBP），提供54Mb/s雙向傳輸速率。在「矽統發佈整合WLAN的AMD PCIe平台」一文為你做了相關的評析。