記憶卡在日常生活中已成為普遍使用的儲存媒體，在此同時，各種多媒體應用也使手機製造商面臨了手機記憶架構的變革，尤其在於儲存裝置的選擇，如何以最具成本效益的方式，支援推陳出新的多媒體應用，已形成一大挑戰...
記憶卡在日常生活中已成為普遍使用的儲存媒體，在此同時，各種多媒體應用也使手機製造商面臨了手機記憶架構的變革，尤其在於儲存裝置的選擇，如何以最具成本效益的方式，支援推陳出新的多媒體應用，已形成一大挑戰。本文深入探討了手機製造商在NOR、NAND與EFD快閃記憶體以及微型硬碟之間所面臨的抉擇。
3G在行動通訊產業中最受重視的議題，就是如何為消費者、業者以及手機製造商帶來潛在利益，而這個理想也終於開始實現了。根據iSuppli的報導，截至2004年6月止，全球一共已經有42座3G網路開始運轉。而全球各國廠商也陸續宣布引進3G網路。IDE與Gartner預測，到2007年時，全球出貨的所有手機中，將約有25%是3G手機。同時，媒體廣告也如潮水般湧來，不斷催促消費者升級手機，以使用3G支援的多媒體新服務。
手機市場同樣面臨到抉擇的關鍵時期。照相手機成為2004至2005年手機銷售量大增的主要催化劑，與日本的情況極為類似。分析師預測，到2007年時，照相手機普及率將攀升至60%。而研究顯示，2005年手機市場成長率逐漸趨緩，為了挽回下滑趨勢，手機製造商在手機上添加愈來愈多的多媒體功能，將手機轉變成隨身娛樂平台。
實際上，有些手機已提供了完整的多媒體服務，能播放MP3、錄影、播放精選電視節目、執行3D遊戲，以及拍攝高解析照片等。隨著3G日益盛行，手機製造商逐漸推出新式多媒體裝置，力求提高換機銷售量，同時讓業者提供消耗頻寬的內容以增加收益。這種雙贏趨勢的明顯指標，從內容擁有者、手機製造商與業者結盟就能看出。根據市調公司Strategic Analytics於2004年9月發表的例子中，就包括了Motorola分別與MTV和iTunes簽約、SonyEricsson和Turner廣播公司、Samsung與維京唱片(Virgin records)的合作案等。
為了推動這個趨勢，手機架構正在面臨重新定義。例如，智慧型手機的處理器如今已經可以高達600MHz時脈頻率執行，相當於3年前某些筆記型電腦的處理能力。簡單型的照相手機則從以40MHz執行的低階ARM7裝置，進化到利用100MHz以上執行的ARM9啟動裝置。第3種選擇則是採用「舊式」ARM7處理器，管理通訊部分並執行手機作業系統，同時透過專用的強效多媒體處理器，處理大量的多媒體內容。許多手機業者偏好採用此法做為過渡措施，讓他們能運用相同的主要處理器，又能獲得成本降低、研發週期縮短、存貨管理更具成效等益處。
然而，多媒體變革對手機造成的重大影響之一，就是手機的記憶體容量，尤其是執行儲存程式碼與儲存資料用的非揮發性記憶體(Non-Volatile Memory，NVM)。個人電腦市場中對儲存設備的平均需求，從1996年的1GB，增加至近幾年的100GB以上，成長了100倍，這項成長也與原本主要做為個人工作站的個人電腦，如今演變成發展成熟的多媒體工作站(可儲存完整的音樂及家庭影片檔案庫)的實際狀況有密切相關，手機也是遵循此模式。3年前，手機只提供平均4MB的快閃記憶體，如今多半搭配64MB或以上的快閃記憶體。實際上，三星電子不久前發表的SPH-V5400，正是第1款標榜內含1.5GB機械硬碟的手機，據說4GB裝置也即將上市。
更高的容量，只是多媒體用快閃記憶體發展脈絡的一部分。而以電池為電源的小型手機要執行多媒體應用程式時，會為記憶體性能、耗電量與體積帶來挑戰。例如，如何確保媒體應用執行順暢，又不至於太快耗盡電力，就是最基本的問題。然而，儘管有這些彼此矛盾的挑戰，記憶體的可靠性仍是關鍵需求。每天執行多媒體應用的同一手機，還是必須能隨時於緊急時刻，轉為執行單純的電話及電話簿功能。
在等待3G發展成熟到供應符合多媒體需求頻寬的同時，記憶體製造商已經引進數種快閃記憶體與機械硬碟技術至儲存媒體領域，並透過多種不同的嵌入式及拆卸式記憶體產品來銷售，迫切需要大量NVM與高度性能的手機設計者，須仔細分類了解這些相關商品。
目前，NOR與NAND快閃記憶體正在互爭市場佔有率，兩者都有Intel與Samsung等大企業支持，而最近磁性硬碟也開始對準音樂手機市場，致力於完全取代快閃記憶體技術。
NOR技術在2種技術中，是屬於歷史較悠久且地位鞏固的一種，不僅被一般工程師所熟知，可靠度也較NAND技術為高。但是NAND採用的矽較少，所以較具成本效益。然而，沒有多少人知道，首度用於手機的NAND其實並不是純NAND晶片，而是NAND嵌入式快閃硬碟(Embedded Flash Drive，EFD)，即為M-Systems提供的DiskOnChip。DiskOnChip內建了使用NOR標準界面的控制器，提供XIP開機功能，可執行程式碼及儲存資料，實施偵錯與修正(EDC/EEC)，並提供保障安全啟動功能以保護資料，賦予數位權限管理(digital rights management，DRM)的基礎。如今，Toshiba也進行DiskOnChip的銷售，Samsung不久前亦宣布類似的嵌入式快閃硬碟產品，可證明嵌入式快閃硬碟使得廠商可以更容易採用新式NAND技術及製程。
嵌入式快閃硬碟是NAND試圖成功打入手機市場的關鍵。今日，兩者與純NAND並存，共同將NOR不斷推入記憶體需求較低的低階手機市場，同時成為一般多媒體手機的預設記憶體，尤其是智慧型手機。
為了深入瞭解NAND、NOR或EFD在手機的運用地位與方式，我們必須先瞭解手機部門的變遷、生態環境與架構。
在智慧型手機中，由於多項因素的結合，建立了支援NAND快閃硬碟與嵌入式快閃硬碟(EFD)的生態環境。由於智慧型手機是以商務人士為目標，這些人需要手機來提升辦公室以外的生產力。智慧型手機常是手機與個人數位助理(PDA)的組合，並附加許多不同的功能性。智慧型手機標榜大螢幕(多為觸碰式螢幕)、全套作業系統(如Windows Mobile、Symbian、PalmOS與Linux)、個人資訊管理(PIM)應用程式(Pocket Outlook)、及類似Office的軟體。此外，智慧型手機也會內建遊戲、能拍攝照片與錄影的高解析度相機，還內建足夠的快閃記憶體，讓使用者可以儲存播放MP3歌曲。
現在典型的智慧型手機，一般搭配32MB至256MB(此數據仍在成長)的嵌入式快閃記憶體，與NAND相比，此容量範圍的NOR價格太高，然而，第1支應用NAND記憶體或嵌入式快閃硬碟的智慧型手機，以類似硬碟的解決方案來運用，藉此彌補嵌入式NOR快閃硬碟的不足，而不是加以取代。這種方法之所以必要，在於純NAND不是XIP(eXecute In Place)。儘管NAND嵌入式快閃硬碟確實能提供XIP開機功能，卻需要額外的SDRAM，將作業系統複製進去再執行(類似個人電腦架構)，此舉卻降低了NAND的成本優勢。為了迴避追加SDRAM的需求，因此將應用程式存入常駐的NOR快閃硬碟再執行，使用者資料則保存在NAND媒體。
智慧型手機的作業系統業者，在作業系統增加了分頁功能以克服這項挑戰，因此只需複製作業系統核心，無須將整套作業系統覆蓋SDRAM上面，同時作業系統在接獲需求時，才調頁進出SDRAM。微軟將這種方法稱為「按需分頁(paging on demand)」，其他廠商則稱為「儲存下載(store and download)」法。「按需分頁」將NAND裝置所需的SDRAM容量，大幅削減至一半左右(從64MB SDRAM減至32MB)，因而提高了成本效益。如今大多數新推出的智慧型手機，都是將一些NAND技術視為嵌入式NVM解決方案來運用，藉此取代之前的NOR架構。這些採用微軟與Linux作業系統的廠商的多數設計都採用NAND嵌入式快閃硬碟(多為DiskOnChip)，有些則使用NOR與NAND的組合，少數則繼續使用NOR手機架構(多為RIM裝置)。
功能型手機(Feature phone)佔了手機市場的絕大多數，在2004年，功能型手機的殺手級應用是相機，當年一共銷售了1.7億支照相手機。照相手機不僅讓使用者能拍照、錄影、剪輯影像，並以MMS簡訊的方式，直接傳送給其他使用者。為了支援這些強化功能，功能型手機已經進行了結構異動。如圖1所示，目前主導功能型手機類別的架構有二。
圖1所示的強化傳統架構，只是微幅改善了以語音為主的基本手機設計。這種架構引進了附加的快閃儲存媒介，並將基頻從ARM7提高至ARM9處理器，可支援基本的照相功能與簡單的Java遊戲，但是無法支援先進的視訊功能與3D遊戲功能。
以多媒體為中心的架構，則引進了專用的多媒體協同處理器。基頻繼續採用能力較弱的ARM處理器(通常為ARM7)，負責所有傳統的手機功能並執行作業系統。相對之下，多媒體協同處理器以ARM9或更高層級為基礎，處理以多媒體與影像為主的各種應用程式。這種架構一般包括兩種記憶體子系統，其中一種是基頻專用子系統，負責儲存與執行作業系統、通訊層與應用程式；另一種則是多媒體協同處理器專用子系統，負責儲存程式碼與檔案系統管理的所有檔案(以多媒體為主，但是並非全屬多媒體)。這兩種架構雖然相異，卻同樣需要快閃媒體來儲存照片、視訊剪輯及讓使用者下載遊戲，然而容量需求則隨強調功能的不同而有所差異。
這些手機提供了低解析度相機(VGA或更低層級)與遊戲功能。因為低解析度靜態照片只佔40KB左右，NOR正符合這項需求。許多功能型手機提供32MB NOR，這是NOR身為具有競爭性儲存媒體的上限，在多數情況下，會增加一道插槽，以供NAND拆卸式插卡使用(多為SD或MMC型)。由於NAND媒體能降低此類手機的成本，因此許多廠商認為沒有改變記憶體結構的急迫性，但隨著持續支援更高的照片解析度，內建NAND媒體的需求明顯增加。
NAND在初期階段，僅做為「類似硬碟」(disk-like)解決方案，由於這些手機使用的即時作業系統(RTOS)缺乏分頁軟體，導致PSRAM體積增加，降低NAND/MLC NAND的成本優勢。然而，為了進一步減少材料單(BOM)、同時增加使用者既有儲存量，M-Systems等企業與功能型手機作業系統廠商合作推出具備分頁功能的作業系統，一旦完成，這項功能預期能促使可開機NAND迅速普及手機市場，成為唯一的板上NVM媒體，並可同時做為程式碼與儲存媒介。
必須牢記的重點是，功能型手機與多數作業系統所用的晶片組，並不支援純NAND，因此許多設計師回頭尋求嵌入式快閃硬碟以支援NAND，這類例子可以從M-Systems與TTPCOM和Analog Devices宣布的合作案看出。
這類手機提供了VGA或更高解析度的相機(2004年採用的主流相機是130萬畫素，2005年則提升至200萬畫素)，並且能進行視訊錄影、一些影像處理工作、還有先進的遊戲機功能(以Motorola e680為例，即搭配多種有趣的遊戲，包括立體NBA遊戲)。
這些手機採用多媒體協同處理器架構，或運用改良式基頻處理器(ARM 11)，如TI OMAP 730，具備管理多媒體的強大功能，非常類似智慧型手機的架構。NOR媒體對這類手機而言並不是可行的解決方案，從事實證明，NAND快閃記憶體技術已有龐大普及率，對這類手機而言，最基本的功能之一，就是充當類似個人電腦的硬碟。然而，多家手機業者善用DiskOnChip之類的嵌入式快閃硬碟優點，取代追加NOR裝置的作法，來儲存多媒體處理器的程式碼。
手機製造商與網路業者正處於照相手機的全盛時期，如今都在尋找下一個新的應用，以刺激手機銷售量與網路使用率，尤其是3G網路。市調公司Strategic Analytics在2004年9月預測，手機產業的下一個殺手級應用將是音樂播放。音樂播放僅需每秒16KB的讀入率，不會對性能造成重大挑戰。實際上，目前任何一種快閃媒體都能輕易達成此項性能。然而平均長度4分鐘的歌曲，以每秒128位元的近似光碟品質，僅佔4MB不到的空間(16KB×4分鐘×60秒)。音樂手機預期至少能攜帶20首歌，使用80MB的儲存空間。
音樂手機是以音樂播放為核心來製造，其設計經過改良以利下載與播放音樂。手機配件也圍繞著音樂功能而演變(如優質喇叭、高級擴音器的連接站、汽車音響系統)。儘管音樂手機的銷售預期還不大(2005年預估銷售量約1,200萬支，2007年為3,000萬支)，但是在記憶媒體容量的潛力卻相當龐大，相較於智慧型手機的128MB至256MB的預測容量，音樂手機預期將提供512MB至4GB的容量(類似iPOD mini)。
音樂手機市場雖有採用硬碟(HDD)的可能，但是預期仍然只會維持較小的利基市場。微型硬碟雖在去年有所進展，此類硬碟的體積仍然較大，耗電量高達快閃硬碟的20倍。此外，微型硬碟屬於機械硬碟，可靠性遜於快閃硬碟，無法承受手機常有的碰撞或溫度範圍。以手機為例，一般可能從1至1.5公尺掉落，亦可能留在車內而遭受極端溫度的狀況。快閃硬碟能耐受此類粗糙的處置；微型硬碟則否。
3G如今致力於讓多媒體成為低階與高階手機使用者的生活形式，並且企圖為整個價值鏈帶來龐大商機。而手機的多媒體驅動者－性能卓越的高容量記憶體，正是關鍵所在。快閃硬碟基於體積精巧且耗電量低，成為多媒體手機市場的主要競爭者。不過，並非所有的快閃硬碟都相同。NOR快閃磁碟大於NAND快閃硬碟，容量一旦超過32MB就不符成本效益，寫入性能較低。另一方面，硬碟(HDD)也經過改良以符合多媒體手機需求。然而，即使是改良的微型硬碟形式，硬碟的高耗電量及龐大體積，讓其難以滿足手機的小巧設計和低耗電需求。因此，NAND解決方案儼然將成為多媒體手機的新主流之一，目前多半採用部分晶片組支援的純NAND，或是嵌入式快閃硬碟(EFD)。嵌入式快閃磁碟是較受歡迎的選擇，原因是易於整合、速度更快、更可靠、提供資料保護與XIP功能等額外特色，且嵌入式快閃硬碟採用MLC NAND類的高階技術，更具成本效益。