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智慧型手機的儲存容量UFS 2.0與UFS 2.1有何差異?

HTC最近要發表新的手機,其中說明就提到 HTC U11與U Ultra規格比較:
儲存容量:HTC U11儲存容量皆為UFS 2.1
HTC U Ultra儲存容量皆為UFS 2.0

那智慧型手機的儲存容量UFS 2.0與UFS 2.1有何差異呢?

手機等移動設備的硬體發展可謂日新月異,僅幾年的時間,處理晶片已經從單核發展到了八核,螢幕解析度從960x540發展到了2K,運行內存也從1GB發展到了6GB。其實對於手機硬體狂飆猛進的發展現象還是比較好理解的,畢竟我們對手機運行速度有著較高的要求。

 

實際上,除CPU、GPU、運行內存等核心硬體會影響手機的性能外,快閃記憶體(ROM)也是影響手機處理速度的重要部件。畢竟快閃記憶體決定著手機讀寫數據的速度,手機快閃記憶體讀寫速度越快,手機安裝或者啟動APP以及存放文件的速度也就越快。

然而,小到掉到地板也不好撿的手機快閃記憶體,在近幾年來也有著突飛猛進的發展。譬如,手機快閃記憶體的eMMC標準規格從eMMC 4.4發展到eMMC 4.5,讀取速度實現翻番達到200MB/s。然後,很快又進入了eMMC 5.0時代,讀寫速度再次翻番達到400MB/s。接著,在去年初的時候迎來最新的eMMC5.1,理論帶寬達到600MB/s。這時eMMC標準規格已經基本榨乾,攪局者UFS 2.0便開始亮相。

進入UFS 2.0時代,讀寫速度提升300%

相較於eMMC的快閃記憶體,UFS 2.0的快閃記憶體採用了新的標準,其使用的是串行介面,支持全雙工運行,能夠同時讀寫數據(eMMC是半雙工,讀寫必須分開執行)。因此,在讀寫速度上面,UFS 2.0會領先eMMC一大截,譬如UFS 2.0快閃記憶體讀寫速度最高可達到1400MB/s,是eMMC 5.0的3倍。

 

值得一提的是,UFS 2.0的快閃記憶體除了讀寫速度有著巨大優勢,其功耗也有著較為理想的表現。同時,雖然UFS 2.0滿載時的功耗功率比eMMC的高,但其待機功耗只有eMMC的一半左右,而且UFS 2.0可以更快地完成操作而切換到待機狀態,因此其綜合功耗水平與eMMC的差不多。

 

 

UFS 2.0沒對手?蘋果還跑在前頭

實際上,UFS 2.0目前並非沒有對手,而其的強敵就是蘋果。蘋果使用的移動快閃記憶體方案借鑑了MacBook固態存儲的方案,非常前瞻性地引入了NVMe協議,而且支持TLC/SLC混合緩存加速。相較傳統的SCSI接口協議,NVMe協議具有高效率、低負載的特性,因此性能更高而且低延時。

 

實際的讀寫測試結果顯示,iPhone 6s Plus的內存數據讀取速度明顯比Galaxy S7的UFS 2.0快閃記憶體快,而且iPhone 6s Plus的內存數據寫入速度是Galaxy S7的UFS 2.0快閃記憶體的2.65倍。
不過,在隨機讀寫速度方面,iPhone 6s Plus的快閃記憶體卻被UFS 2.0扳回了一城。但整體來看,iPhone 6s Plus的快閃記憶體連續讀寫速度還是遙遙領先UFS 2.0。

 

不急,UFS 2.1才是大殺器!

儘管目前UFS 2.0的快閃記憶體被蘋果壓制著,但其還有很大的提升空間。實際上,UFS 2.0共有兩個版本,其中一個是HS-G2,也就是目前的UFS 2.0。然而,另個一個版本則為HS-G3,可以稱為UFS 2.1,其數據讀取速度將飆至1.5G/s,也就是目前UFS 2.0的兩倍。

由於UFS 2.1具有更快的數據讀寫速度,相信其很快就會代替UFS 2.0 ,成為主流的快閃記憶體方案。如果,UFS 2.1得以普及,我們手機運行速度以及文件存放速度將會有明顯的提升,而且留給開發者的開發空間將更大。因此,UFS 2.1技術的商用是目前行業關注的集點。


 

UFS 2.0閃存讀寫速度強制標準為HS-G2(High speed GEAR2),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)。HS-G2 1Lane由於讀寫速度與EMMC5.1相比沒有明顯的優勢,相應的商業產品較為罕見。

 

UFS系統模型

 

2016年3月,JEDEC發布了UFS 2.1的閃存存儲標準。相比UFS2.0,速度標準沒有任何變化,仍然為強制標準HS-G2,可選標準HS-G3。改進主要分為三部分:設備健康(包括預防性維護)、性能優化(包括指令優先和固件升級)和安全保護。設備健康信息包括剩餘預留塊和設備使用壽命信息,指令優先允許向緊急的任務分配更高的優先級,安全保護則支持操作系統和應用級別細粒度的寫入保護(包括UFS控制器硬件級別加密)。

 

UFS2.1/UFS2.0采用相同的速率標準

 

UFS2.1(JESD220C) / UFS2.0(JESD220B)區別

 

對於閃存制造商而言,由於UFS2.0已推出HS-G3 2Lane對應的版本,UFS2.1選用更低的標準不再有太多的意義。因此市面上UFS2.1全部采用可選的HS-G3 2Lane標準,即最高讀寫速率為11.6Gbps。

 

 

 

 

 

 

需要提醒的是,部分手機制造商更青睞宣傳HS-G3 2Lane兩倍的讀寫速度(11.6Gbps,接近1.5GB/s),並將其作為"UFS2.1"的事實標準。以三星S8和華為Mate9使用的東芝UFS2.0閃存為例,型號為THGBF7G9L4LBATR的產品采用HS-G3 2Lane標準,最高讀寫速率為1166MB/s,與三星S8+使用的東芝UFS2.1閃存THGAF4G9N4LBAIR在最高讀寫速率上沒有區別。然而,後者得益於全新的產品,其順序讀取、順序寫入、隨機讀取、隨機寫入比前者分別快40%、16%、120%、80%。

 

本文技術報導資料來源:
https://kknews.cc/zh-tw/digital/k53gop.html

https://www.taiwanfansclub.com/article-833635-1.html

 

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