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什么是UFS閃存

454398 ? 來源:工程師吳畏 ? 2019-05-23 10:29 ? 次閱讀

隨著麒麟970驍龍845三星Exynos 9810等新一代旗艦處理器的出現,2018年高端智能手機有望迎來準5G網絡體驗(下行速率可達1.2Gbps,但還需運營商基站支持)。等到了2020年,5G網絡還將帶來更極致的10Gbps到20Gbps的聯網速度,秒下高清視頻不是夢想。然而,網絡性能的飛躍也將給手機硬件帶來極大的壓力,而閃存芯片,就是最大的受力點。

手機網絡的不斷提速

如今哪怕是千元智能手機的下行速率都達到了Cat.7,也就是300Mbps的標準,而中高端手機則已享受Cat.12(600Mbps)或Cat.16/18(1.0Gbps/1.2Gbps)的速度。要知道,很多地區的家庭寬帶也不過20Mbps到100Mbps之間,在不考慮運營商基站限速的情況下,智能手機的下載速度已經遠遠超過了有線網絡。

未來5G的下行峰值速度可達20Gbps

以即將興起的Cat.18為例,其1.2Gbps的下行速率理論的下載速度為150MB/s。而到了2019年5G網絡商業化試運營時,10Gbps起步下行速率對應的下載速度就將達到1.25GB/s。如果將這個速度放在PC端,那就唯有支持NVMe協議的PCIe SSD才不會成為速度上的拖累(主要看SSD的寫入性能),而無論是HDD機械硬盤還是SATA3.0接口的SSD都將成為“拖油瓶”。

在PC都感覺“亞歷山大”的當下,智能手機又該如何應對更高速網絡的挑戰呢?

讀寫性能的重要性

不成為下載瓶頸只是對閃存提出的基礎要求,而閃存性能在實際操作中的影響還表現在更多方面。比如安裝超過GB大小的APP、錄制生成4K視頻、拍照連拍、相冊中大量圖片的預覽圖刷新,在這些應用環境下,只有更高速的閃存才能告別卡頓和延遲,縮短APP的安裝和啟動時間。

從eMMC到UFS的進化

好消息是,如今智能手機的存儲性能已經足夠應對Cat.18網絡的挑戰了,哪怕是低端手機采用的eMMC 5.1,也可提供100MB/s以上的持續寫入速度,而UFS閃存的高端手機哪怕是4K寫入速度也都能超過150MB/s。但是,面對未來5G網絡的來襲,現有的閃存技術就都將抓瞎了。

我們不妨再來回顧一下智能手機常用的閃存技術標準:

eMMC:Embedded Multi Media Card,它是在NAND閃存芯片的基礎上,額外集成了主控制器,并將二者“打包”封裝封成一顆BGA芯片,從而減少了對PCB主板的空間占用,也是移動設備中普及度最高的存儲單元。eMMC的性能會隨著總線接口的升級而提升,而目前最新的標準就是eMMC 5.1。

還有很多手機會選擇將CPU和閃存芯片堆疊封裝

UFS:Univeral Flash Storage,我們可以將它視為eMMC的進階版,是由多個閃存芯片、主控、緩存組成的陣列式存儲模塊。UFS彌補了eMMC僅支持半雙工運行(讀寫必須分開執行)的缺陷,可以實現全雙工運行,所以性能得以翻番。

目前UFS又被細分為UFS 2.0和UFS 2.1,它們在讀寫速度上的強制標準都為HS-G2(High speed GEAR2),可選HS-G3標準。而兩套標準又都能運行在1Lane(單通道)或2Lane(雙通道)模式上,一款手機能取得多少讀寫速度,就取決于UFS閃存標準和通道數,以及處理器對UFS閃存的總線接口支持情況。

比如,采用UFS 2.1閃存的手機大都可以獲得800MB/s的持續讀取性能。但是,魅族PRO 7官方表示配備了UFS 2.1閃存,但實際測試的持續讀取速度卻只有500MB/s左右。這并非魅族虛標,而是PRO 7搭載的聯發科Helio X30處理器僅支持單通道UFS總線接口,所以無法100%發揮出UFS 2.1閃存的性能。

需要注意的是,雖然UFS 2.1相較eMMC 5.1在持續讀取速度上實現了2.5倍左右的提升,但持續寫入速度卻沒有太大變化(200MB/s左右)。但是,如果我們仔細留意4K寫入速度一項,就會發現UFS 2.1的實測速度能領先eMMC 5.1十倍有余,這對于下載提速可有著更加實際的意義。

蘋果主打的NVMe閃存

蘋果從iPhone 6s開始也引入了超高速閃存,但它卻不是我們熟悉的UFS,而是一種名為“NVMe”的閃存芯片。實際上,NVMe和UFS的本質都是NAND,只是協議層面有所差別而已,NVMe協議比UFS協議更高效,所以在絕大多數測試項目中,采用NVMe協議的iPhone總能在讀寫速度上領先于同期Android手機的UFS。

UFS 3.0為5G保駕護航

問題來了,面對5G網絡起步1.25GB/s級別的下載速度,哪怕是UFS 2.1也有些力不從心。怎么辦?

好消息是,固態技術協會(JEDEC)在前不久正式發布了UFS 3.0標準(JESD220D、JESD223D),和UFS存儲卡V1.1標準(JESD220-2A)。其中,UFS 3.0就剛好可以成為與5G網絡搭檔的存儲技術。

簡單來說,UFS 3.0引入了HS-G4規范,單通道帶寬提升到11.6Gbps,是HS-G3(UFS 2.1)性能的2倍。而由于UFS支持雙通道雙向讀寫,所以UFS 3.0的接口帶寬最高可達23.2Gbps,也就是2.9GB/s。此外,UFS 3.0支持的分區增多(UFS 2.1是8個),糾錯性能提升且支持最新的NAND Flash閃存介質。

三星已經宣布,將在2018年第一季首發推出UFS 3.0接口的產品。由于麒麟970、驍龍845、Exynos 9810等研發較早,所以并沒有趕上UFS 3.0標準的支持,但下半年的麒麟980,將在2019年發布的驍龍85x、Exynos 99xx應該可以對其加以支持,從而滿足5G時代的更高速讀寫需求。

如何辨別手機存儲芯片

在過去,只有旗艦級處理器才支持UFS閃存,而如今包括驍龍660和Helio P30在內的新一代中端處理器也支持UFS閃存。雖然現階段搭載驍龍660/Helio P30芯片的手機為了降低成本選用的都是eMMC 5.1,但不排除未來會有中端機也通過武裝UFS閃存提升競爭力。所以,咱們還是有必要學習一下如何辨別手機配備閃存的技術標準。

在網上搜索下載名為“P10Check”的應用,安裝運行后就能自動反饋出手機的閃存標準到底是eMMC還是UFS,可惜該軟件無法進一步細分UFS的版本(如UFS2.0還是UFS2.1)。

如果你想知道手機閃存的具體性能,則可下載安裝名為AndroBench的測試軟件,如果測試結果的持續讀取速度在700MB/s以上,那就說明手機閃存版本為雙通道的UFS2.1,代表當前的頂級存儲性能。如果速度在500MB/s左右,那就是運行在雙通道模式UFS2.0或單通道下的UFS2.1。

小提示:受制于閃存芯片可能面臨缺貨/漲價的風險,部分手機廠商可能會為熱銷手機準備多家供應商的閃存芯片。比如前幾個批次手機的閃存來自三星,后續改為東芝,最后批次為閃迪。不同供應商的閃存芯片在性能上可能存在細微差距,關于這一點大家需要做到心里有數。

聲明:本文內容及配圖由入駐作者撰寫或者入駐合作網站授權轉載。文章觀點僅代表作者本人,不代表電子發燒友網立場。文章及其配圖僅供工程師學習之用,如有內容侵權或者其他違規問題,請聯系本站處理。 舉報投訴
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