UFS 3.0快到原地飛起 | 關於存儲的二三事

上月底, 微電子行業標準發展的全球領導者——固態技術協會JEDEC發布了UFS v3.0標準, 單通道頻寬提升到11.6Gbps, 是HS-G3(UFS 2.1)性能的2倍. 而由於UFS支援雙通道雙向讀寫, 所以UFS 3.0的介面頻寬最高可達23.2Gbps, 也就是2.9GB/s.

前幾天這條新聞見諸各大科技媒體, 但不少朋友都看的一臉蒙圈: UFS3.0是什麼鬼? 23.2Gbps的頻寬在手機上意味著什麼? UFS3.0都用啥用? 用在手機上會給我們帶來哪些提升? 所以本期發燒學堂, 我們就來聊聊UFS 3.0存儲技術, 給大家答疑解惑.

從UFS說起的手機存儲

某品牌發布會上, 台上說: 我們用的是UFS2.1存儲!

旁邊大哥一聲尖叫嚇我一跳. 我跟該大哥搭話——

我: 我說大哥你尖叫個啥, 不會是廠商花錢雇來的托兒吧? 不就是個存儲麼?

某大哥一臉鄙夷: 聽說過固態硬碟SSD不? 著UFS就是手機上的SSD! 傳輸速度更快!

我: 那為啥叫UFS不叫SSD? 不就是更快麼, 有個X用? 下小電影會更快麼?

某大哥瞬間臉色變黑......

(PS: 別學我, 容易沒朋友)

其實這大哥說的沒錯, 現在的UFS存儲確實要比以前的eMMC存儲傳輸速度更快. 但為啥更快? 它們之間又有哪些區別? 手機存儲經曆了哪些發展? 我們一起來梳理一下:

eMMC和UFS都是個啥?

準確的說, 應該是技術標準, 而不是晶片硬體本身. 由於存儲晶片在封裝時運用了這些技術標準, 所以習慣上都會用這些字母縮寫來稱呼這些晶片的類型.

eMMC全稱為 'embedded Multi Media Card' , 即嵌入式的多媒體存儲卡 , 由MMC協會所訂立. 從eMMC4.3一路發展到4.4, 4.5直到現在的5.0, 5.1, 傳輸速度也從50MB/s一路狂飆到最新eMMC5.1的600MB/s, 而常見於手機上的eMMC5.1實際讀取速度不會超過300MB/s.

由於單通道的結構性質, eMMC不能同時讀寫數據, 不支援多線程, 想提升這種存儲單元的性能, 只有不斷改進eMMC的匯流排介面, 也就是我們剛才說的eMMC的版本升級. 這也註定了eMMC存儲不會有太高的提升空間.

UFS全稱為 'Universal Flash Storage' , 即通用快閃記憶體存儲 , 由固態技術協會JEDEC訂立. 相比於eMMC, 其優勢就在於使用高速串列介面替代了並行介面, 改用了全雙工方式, 收發數據可以同時進行.

之前廠商們大力宣傳的UFS 2.0規範分為兩種, 強制標準為HS-G2, 可選標準為HS-G3. HS-G2 1Lane最高讀寫速度為2.9Gbps (約為360MB/s) , 2Lane最高讀寫速度為5.8Gbps (約為725MB/s) . 可選標準HS-G3 1Lane最高讀寫速度為5.8Gbps (約為725MB/s) , 2Lane最高讀寫速度為11.6Gbps (約為1.45GB/s) .

UFS 2.1的快閃記憶體存儲標準速度標準沒有任何變化, 主要是在設備健康, 性能優化, 安全保護三個方面進行了升級.

在文初我們說的UFS3.0在這一個基礎上再次升級, 頻寬是UFS 2.1的2倍, 理論的介面最大頻寬為23.2Gbps, 即傳輸速度為2.9GB/s. 相比於最新eMMC5.1標準, 理論上有著接近5倍的性能優勢.

蘋果用的是哪種協議的存儲?

我們經常會聽到這樣一個說法, 蘋果的存儲特別特別快, 所以手機流暢. 那麼iPhone用的是UFS嗎? 其實並不是. 從iPhone 6s開始, 蘋果在手機上用的是使用NVMe(Non-Volatile Memory express)介面協議 , 這種協議在電腦的SSD上比較常見.

在當時, iPhone 6s的快閃記憶體實際性能就達到了連續讀取速度402MB/s, 連續寫入速度164MB/s的水準. 發展到iPhone 8這一代, 性能也有了進一步的提升. iPhone 8 Plus實測讀取速度為1131MB/s . 而目前 除了少數國際旗艦的UFS2.1讀取速度能達到1100MB/s以上外, 主流安卓機上用的UFS 2.1實際讀取速度一般700MB/s出頭 , 所以大多讀取性能不如iPhone也理所當然.

本文屬於原創文章, 如若轉載, 請註明來源: UFS 3.0快到原地飛起 關於存儲的二三事http://mobile.zol.com.cn/677/6779239.html

不同類型的存儲價格差異大嗎?

既然UFS存儲的性能這麼牛X, 那是不是比eMMC貴上很多? 還真不是, 其原因要從存儲晶片的封裝說起.

我們提及存儲時, 都在說有多大多大容量, 事實上, 手機儲存容量, 固態硬碟, 隨身碟和SD卡等使用的都是一種叫做NAND的儲存介質, NAND快閃記憶體是一種非易失性存儲技術, 即斷電後仍能保存數據. 我們剛才所說的存儲, 都是在NAND存儲晶片的基礎上, 再加上了控制晶片, 接入標準介面, 進行標準封裝而成的.

這樣封裝的好處就在於可以使結構高度整合化, 而且當手機客戶選用封裝好的存儲晶片進行手機硬體堆疊時, 不需要處理其它繁瑣的NAND Flash相容性和管理問題.

之前蘋果的存儲記憶體混用一事鬧得沸沸揚揚, 其原因就在於NAND快閃記憶體顆粒也有不同. 根據單元存儲密度的差異, 快閃記憶體分為SLC, MLC, TLC三種類型:

SLC (單層式存儲) , 單層電子結構, 寫入數據時電壓變化區間小, 壽命長, 讀寫次數在10萬次以上, 但造價高.

MLC (多層式存儲) , 使用高低電壓構建的雙層電子結構, 壽命長, 造價可接受, 讀寫次數在5000左右.

TLC (三層式存儲) , 是MLC快閃記憶體延伸, 存儲密度最高, 容量是MLC的1.5倍. 造價成本最低, 但使命壽命低, 讀寫次數在1000~2000左右.

所以, 採用eMMC和UFS標準雖然對價格有一定影響, 但並不是所有原因, 還要看快閃記憶體顆粒的類型. 據悉, 採用UFS3.0標準的存儲晶片價格會更高一些. 當然, 蘋果的NVMe介面協議的存儲晶片價格也不低.

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傳輸速度會給我們帶來哪些影響

說可這麼多, 相信大家最關心的問題還是存儲晶片的傳輸速度會給我們帶來哪些影響. 其實這個問題不難回答. 相信給電腦加裝過SSD的朋友都會有這樣的體驗: 以前機械硬碟開機少說也得三十多秒, 用了SSD後, 開機時間不到10秒了; 載入大型遊戲能夠明顯感覺快出很多. 在手機上用高速的存儲晶片道理是相同的, 就是讓手機載入更快.

舉個大家都有認知的例子: 同時代的iPhone遊戲載入速度回明顯優於安卓手機, 其中原因除了處理器性能和軟體系統優化外, 很大一部分原因就來自於蘋果NVMe介面協議存儲晶片的高讀取速度. 當然, 得益於此的還有應用的載入速度.

喜歡用手機拍照的朋友, 在以前肯定都有這樣的煩惱: 拍照時手機反應慢, 按快門後得等很長一段時間才能拍攝成功; 手機裡存的照片太多, 照片載入特別慢, 稍微一滑動手機就會卡到爆. 其原因除了手機處理器和軟體的優化外, 就是因為存儲的寫入和讀取速度太慢造成的.

所以, 在不考慮處理器和軟體的情況下, 存儲擁有了更高寫速, 拍照片就可以更快響應. 另外, 也允許了像素更高, 幀數更多的視頻錄製; 存儲讀速更高, 多張照片和超高質量視頻載入得就更快, 操作和播放的卡頓就更少.

另外, 相比於eMMC, UFS的優勢還在於採用了全雙工方式, 收發數據可以同時進行. 打個比方來說, eMMC就相當於一條只允許一輛車經過的通道, 對面的車要等通道內的車出來以後才能進入通道. 而UFS則是雙向車道, 允許來往車輛同時運行. 即用UFS存儲的手機在執行多任務時, 無需等待上一進程結束, 效率自然提升不少.

那麼UFS3.0會給我們帶來什麼?

剛才提到有更快的載入速度, 允許畫面質量更高, 幀數更多的視頻拍攝和播放. 除了這些, 還能給安卓手機帶來什麼呢?

首先, UFS 3.0的介面頻寬最高可達23.2Gbps, 也就是理論傳輸速度可達2.9GB/s. 當然實際速度會有所折損, 但應該不會低於2GB/s, 這就遠遠高於iPhone 8 Plus實際讀取速度1131MB/s. 所以如果蘋果的存儲方案沒有大幅度升級的話, 下一代產品將被採用UFS3.0存儲的手機超越, iPhone在遊戲載入速度上將不具有優勢.

另外, 我們也將進入5G時代. 5G網路最高理論速率可達20Gbps, 也就是2.5GB/s左右, 按照理論數據一瞬間就可以下載一部高清電影. 但問題就在於市面上的手機存儲晶片都沒有這麼高的寫入速度. 所以, 以後制約下載速度的將不再是網速, 而是存儲. UFS3.0的大頻寬顯然與5G的高網速更般配.

但近一年內, UFS3.0應該不會投入手機市場. 因為麒麟970, 驍龍845, Exynos9810等研發較早, 暫時沒有資訊證明這三款旗艦處理器支援UFS3.0標準, 所以大概只有等到2019年才能在手機上見到.

寫在最後

看到這裡, 相信大家已經對手機存儲有了一定的了解. 最後, 我們來說一下如何鑒別儲存晶片類型: 下載一款名為AndroBench, 進行速度測試.

eMMC實際測試參考數值

eMMC速度可以參照表格, 一般來說順序讀取速度不超過300MB/s的晶片均為eMMC標準晶片. 現在見於主流機型上的UFS標準晶片順序讀取速度在700MB/s左右. 當然, 如果你碰到順序讀取速度到1100MB/s, 那可以說該手機廠商十分良心了.

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