什么是UFS闪存

随着麒麟970、骁龙845和三星exynos 9810等新一代旗舰处理器的出现,2018年高端智能手机有望迎来准5g的网络体验(下行速率可达1.2gbps,但还需运营商基站支持)。等到了2020年,5g网络还将带来更极致的10gbps到20gbps的联网速度,秒下高清视频不是梦想。然而,网络性能的飞跃也将给手机硬件带来极大的压力,而闪存芯片,就是最大的受力点。
手机网络的不断提速
如今哪怕是千元智能手机的下行速率都达到了cat.7,也就是300mbps的标准,而中高端手机则已享受cat.12(600mbps)或cat.16/18(1.0gbps/1.2gbps)的速度。要知道,很多地区的家庭宽带也不过20mbps到100mbps之间,在不考虑运营商基站限速的情况下,智能手机的下载速度已经远远超过了有线网络。
未来5g的下行峰值速度可达20gbps
以即将兴起的cat.18为例,其1.2gbps的下行速率理论的下载速度为150mb/s。而到了2019年5g网络商业化试运营时,10gbps起步下行速率对应的下载速度就将达到1.25gb/s。如果将这个速度放在pc端,那就唯有支持nvme协议的pcie ssd才不会成为速度上的拖累(主要看ssd的写入性能),而无论是hdd机械硬盘还是sata3.0接口的ssd都将成为“拖油瓶”。
在pc都感觉“亚历山大”的当下,智能手机又该如何应对更高速网络的挑战呢?
读写性能的重要性
不成为下载瓶颈只是对闪存提出的基础要求,而闪存性能在实际操作中的影响还表现在更多方面。比如安装超过gb大小的app、录制生成4k视频、拍照连拍、相册中大量图片的预览图刷新,在这些应用环境下,只有更高速的闪存才能告别卡顿和延迟,缩短app的安装和启动时间。
从emmc到ufs的进化
好消息是,如今智能手机的存储性能已经足够应对cat.18网络的挑战了,哪怕是低端手机采用的emmc 5.1,也可提供100mb/s以上的持续写入速度,而ufs闪存的高端手机哪怕是4k写入速度也都能超过150mb/s。但是,面对未来5g网络的来袭,现有的闪存技术就都将抓瞎了。
我们不妨再来回顾一下智能手机常用的闪存技术标准:
emmc:embedded multi media card,它是在nand闪存芯片的基础上,额外集成了主控制器,并将二者“打包”封装封成一颗bga芯片,从而减少了对pcb主板的空间占用,也是移动设备中普及度最高的存储单元。emmc的性能会随着总线接口的升级而提升,而目前最新的标准就是emmc 5.1。
还有很多手机会选择将cpu和闪存芯片堆叠封装
ufs:univeral flash storage,我们可以将它视为emmc的进阶版,是由多个闪存芯片、主控、缓存组成的阵列式存储模块。ufs弥补了emmc仅支持半双工运行(读写必须分开执行)的缺陷,可以实现全双工运行,所以性能得以翻番。
目前ufs又被细分为ufs 2.0和ufs 2.1,它们在读写速度上的强制标准都为hs-g2(high speed gear2),可选hs-g3标准。而两套标准又都能运行在1lane(单通道)或2lane(双通道)模式上,一款手机能取得多少读写速度,就取决于ufs闪存标准和通道数,以及处理器对ufs闪存的总线接口支持情况。
比如,采用ufs 2.1闪存的手机大都可以获得800mb/s的持续读取性能。但是,魅族pro 7官方表示配备了ufs 2.1闪存,但实际测试的持续读取速度却只有500mb/s左右。这并非魅族虚标,而是pro 7搭载的联发科helio x30处理器仅支持单通道ufs总线接口,所以无法100%发挥出ufs 2.1闪存的性能。
需要注意的是,虽然ufs 2.1相较emmc 5.1在持续读取速度上实现了2.5倍左右的提升,但持续写入速度却没有太大变化(200mb/s左右)。但是,如果我们仔细留意4k写入速度一项,就会发现ufs 2.1的实测速度能领先emmc 5.1十倍有余,这对于下载提速可有着更加实际的意义。
苹果主打的nvme闪存
苹果从iphone 6s开始也引入了超高速闪存,但它却不是我们熟悉的ufs,而是一种名为“nvme”的闪存芯片。实际上,nvme和ufs的本质都是nand,只是协议层面有所差别而已,nvme协议比ufs协议更高效,所以在绝大多数测试项目中,采用nvme协议的iphone总能在读写速度上领先于同期android手机的ufs。
ufs 3.0为5g保驾护航
问题来了,面对5g网络起步1.25gb/s级别的下载速度,哪怕是ufs 2.1也有些力不从心。怎么办?
好消息是,固态技术协会(jedec)在前不久正式发布了ufs 3.0标准(jesd220d、jesd223d),和ufs存储卡v1.1标准(jesd220-2a)。其中,ufs 3.0就刚好可以成为与5g网络搭档的存储技术。
简单来说,ufs 3.0引入了hs-g4规范,单通道带宽提升到11.6gbps,是hs-g3(ufs 2.1)性能的2倍。而由于ufs支持双通道双向读写,所以ufs 3.0的接口带宽最高可达23.2gbps,也就是2.9gb/s。此外,ufs 3.0支持的分区增多(ufs 2.1是8个),纠错性能提升且支持最新的nand flash闪存介质。
三星已经宣布,将在2018年第一季首发推出ufs 3.0接口的产品。由于麒麟970、骁龙845、exynos 9810等研发较早,所以并没有赶上ufs 3.0标准的支持,但下半年的麒麟980,将在2019年发布的骁龙85x、exynos 99xx应该可以对其加以支持,从而满足5g时代的更高速读写需求。
如何辨别手机存储芯片
在过去,只有旗舰级处理器才支持ufs闪存,而如今包括骁龙660和helio p30在内的新一代中端处理器也支持ufs闪存。虽然现阶段搭载骁龙660/helio p30芯片的手机为了降低成本选用的都是emmc 5.1,但不排除未来会有中端机也通过武装ufs闪存提升竞争力。所以,咱们还是有必要学习一下如何辨别手机配备闪存的技术标准。
在网上搜索下载名为“p10check”的应用,安装运行后就能自动反馈出手机的闪存标准到底是emmc还是ufs,可惜该软件无法进一步细分ufs的版本(如ufs2.0还是ufs2.1)。
如果你想知道手机闪存的具体性能,则可下载安装名为androbench的测试软件,如果测试结果的持续读取速度在700mb/s以上,那就说明手机闪存版本为双通道的ufs2.1,代表当前的顶级存储性能。如果速度在500mb/s左右,那就是运行在双通道模式ufs2.0或单通道下的ufs2.1。
小提示:受制于闪存芯片可能面临缺货/涨价的风险,部分手机厂商可能会为热销手机准备多家供应商的闪存芯片。比如前几个批次手机的闪存来自三星,后续改为东芝,最后批次为闪迪。不同供应商的闪存芯片在性能上可能存在细微差距,关于这一点大家需要做到心里有数。

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