这几天,因网友热议华为P10“阉割闪存”事件,带火了社交网络对于UFS2.0、eMMC 5.1、LPDDR4这些名词得讨论。但大部分网友还并不清楚这些名词究竟是什么意思、对手机又有哪些影响。今天,笔者用最通俗易懂的语言给大家科普一下。

在了解UFS2.0、eMMC 5.1、LPDDR4这些名词之前,我们有必要搞清楚内存与闪存的区别。

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1.内存

首先内存是计算机中重要的部件之一,它是与CPU进行沟通的桥梁。计算机中所有程序的运行都是在内存中进行的,因此内存的性能对计算机的影响非常大。而手机的RAM即我们常说的内存,是Random Access Memory的缩写,即随机存储器,是与CPU直接交换数据的内部存储器,也叫主存(内存)。在工作状态时可以随机读写数据,断电以后会丢失数据。现在市场上主流的智能手机一般采用2G或者4G 的运行内存,当然也有些旗舰机型采用了6G 的运行内存。

在PC平台,内存经历了SIMM、EDO DRAM、SDRAM、Rambus DRAM、DDR的发展,到如今普及到DDR4内存,而手机上采用的LPDDR RAM是“低功耗双倍数据速率内存”的缩写,与桌面平台的DDR4内存相比,面向移动平台的LPDDR4,其能够在带来等效的性能(速度)的同时,兼顾更少的能源消耗。

2.闪存

快闪存储器(英语:flash memory),是一种电子式可清除程序化只读存储器的形式,允许在操作中被多次擦或写的存储器。这种科技主要用于一般性数据存储,以及在电脑与其他数字产品间交换传输数据,如储存卡与U盘。

闪存是舛冈富士雄在1984年于东芝公司工作时发明。当时,Intel看到了这项发明的巨大潜力,并于1988年推出第一款商业性的NOR Flash芯片。后来,东芝在1989年的国际固态电路研讨会(ISSCC)上又发布了NAND Flash。

NAND Flash具有较快的抹写时间,而且每个存储单元的面积也较小,这让NAND Flash相较于NOR Flash具有较高的存储密度与较低的每比特成本。同时它的可抹除次数也高出NOR Flash十倍。值得一提的是,如今广泛用于PC上的SSD和手机的ROM,本质上是一家人,都是NAND闪存。

3.eMMC

eMMC的全称为“embedded Multi Media Card”,即嵌入式的多媒体存储卡。,eMMC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”封装成 一颗BGA芯片,从而大幅降低多芯 片的空间占用和布线难度问题,是 帮助移动设备瘦身的不二法门。

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eMMC的速度取决于总线接口。目前, eMMC的总线接口主要以eMMC 4.4、eMMC4.5、eMMC 5.0(市场主流)、eMMC 5.1为主,它们的“理论带宽”分别为 104MB/s、200MB/s、400MB/s和600MB/s, 看起来还不错。

请注意,以上数据只是理论值,eMMC在 实际应用中的速度会大打折扣。以配备eMMC5.0的手机为例(如魅族MX5),它们实际测试的读取速度仅有180MB/s左右。

004ednc20170419huawei *影响实际读写速度的因素有很多,比如 CPU、系统优化、系统当前资源占用情况等,本数据仅供参考。

受限于 8位并行接口和半双工模式的先天缺陷,eMMC 速度继续提升就显得比较困难,成为了拖累移动设备整体体验的瓶颈,如它影响了开机速度、APP启 动速度、相机存储速度。

除了速度难以继续快速提升外,eMMC 由于标准制定较早,一些传输上的缺陷也逐渐暴露,比如eMMC依旧采用半双工模式,不能同时读写数据,不支持多线程,不支持队列最大存储容量只有2TB 。

在实际应用中的影响就是,当我们将手机与PC连接,在拷贝照片 的同时将无法访问手机存储空间内的其他文件夹,也无法同时往手机里拷贝数据,只有等照片传输完毕后才能进行其他操作。

现在来看,eMMC虽然速度潜力殆尽,技术上也存在一定的问题,但是目前eMMC的性能表现还不算落伍,目前的eMMC 5.0 和eMMC 5.X 还是基本可以满足用户需求的市面上还有相当多的一部分手机继续使用eMMC。但是,经过科技美学的统计发现,目前市面上的旗舰机型还继续采用eMMC标准的手机已经屈指可数了,大部分都采用了速度更快的性能更好的 UFS 2.0甚至 UFS 2.1,比如华为的 Mate 9 128G高配版就采用了 UFS 2.1。

4.UFS

UFS 的全称是Universal Flash Storage,也就是通用闪存存储,这项标准首次出现时间是2011年2月,不过那个时候的UFS 1.1速度不算很快,只有300MB/s 。由于当时的eMMC 还在发展,在加上成本和兼容性问题,UFS 1.1 并没有进行广泛普及而最后销声匿迹了。

随后,联合电子设备工程协会 JEDEC 发布了全新的USF 2.0 标准,相比之前的标准,全新的USF 2.0 有两个版本,其中UFS 2.0 HS-G2的理论带宽为5.8Gbps,也就是大约740 MB/s,更快速的UFS 2.0 HS-G3的理论带宽更是达到了11.6Gbps,也就是约1.5GB/s,这个速度甚至比部分 SSD 还要快,几乎是目前最快的 eMMC 5.X的大约2.5倍之多。

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如此高的速度能够显著提升系统运行时存取数据的速度,降低等待时间,提高工作效率,提升能耗比,甚至对移动设备的续航时间也有正面的效果,也完全可以轻松支持目前比较热门的4K 视频摄录。此外,在人们使用高速的 USB 3.0 Type-C或者苹果的 Lighting 接口传输数据时,瓶颈不再是存储芯片,数据可以更快的被转移到目标设备,大大节约了时间。

相比传统的 eMMC ,UFS 2.0除了速度快之外,还有以下五个方面的显著优势。

首先,UFS 2.0的传输技术改为串行,这是最核心的改变之一。这个改变带来的结果就是数据在传输过程中抗干扰能力特别强,此外,串行速度还可以通过多条通道并行来提高速度。

此外,UFS 2.0在改用串行总线后,不再使用 eMMC的半双工方式,而是改用了全双工方式,收发数据可以同时进行。也就是说,当我们将手机与PC连接,在拷贝照片的同时也可以访问手机存储空间内的其他文件夹,也可以同时往手机里拷贝数据,而不用等照片传输完毕后才能进行其他操作。

006ednc20170419huawei *UFS 2.0采用串行传输,两个通道,支持同时读写。相比并行传输的eMMC速度更快,效率更高。

第三,UFS 2.0的数据指令系统基于 SCSI 结构,而之前的 eMMC基于原生架构,显然 SCCI 架构更为智能。

第四,UFS 2.0对存储的支持也更好了。之前的 eMMC 采用32 bit 地址总线,最大能支持2TB 存储空空间。而 UFS 2.0 在这一点上采用了比较灵活的处理方式,地址总线数量更多,因此最大容量能够轻松超过2TB。此外,UFS 2.0还支持最多八个分区。

最后再来看看功耗。UFS 2.0相比 eMMC,虽然速度快乐很多、功能也复杂了很多,但是功耗表现上并没有什么明显增加。不过需要注意的是,UFS 2.0 的速度快乐很多并且能够支持大量的智能配置功能,因此在进行相同的任务时,UFS 2.0的完成速度要高很多,这意味着功耗会由于更高的效率而变相降低,整体耗能得以提升。

007ednc20170419huawei 总结起来就是,UFS 无论在速度还是性能还是功耗上都比 eMMC要强很多,但是相对应的成本也会比 eMMC 更贵。

去年3月,JEDEC又发布了UFS 2.1。它是UFS 2.0的迭代版,对早期的版本进行了部分改进,进一步强化它的优势。UFS 2.1的读取性能超出UFS 2.0一倍,而写入性能也要快了不少。

DDR/LPDDR

前面我们说到,在PC平台,内存经历了SIMM、EDO DRAM、SDRAM、Rambus DRAM、DDR的发展。DDR 是内存发展到现在的一种类型,严格来讲,DDR应该叫DDR SDRAM:双倍数据率同步动态随机存取存储器(英语:Double Data Rate Synchronous Dynamic Random Access Memory,简称DDR SDRAM,人们习惯称为DDR)为具有双倍数据传输率的SDRAM,其数据传输速度为系统时钟频率的两倍,由于速度增加,其传输性能优于传统的SDRAM。

DDR SDRAM 在系统时钟的上升沿和下降沿都可以进行数据传输。

而LPDDR全称是Low Power Double Data Rate SDRAM,是DDR的一种,又称为mDDR(Mobile DDR SDRAM),中文直译是低功耗双重数据比率,也就是实现低功耗指定的内存同其他设备的数据交换标准,以低功耗和小体积著称,专门用于移动式电子产品。

DDR内存经历了从DDR、DDR2发展到DDR3,频率更高、电压更低的同时延迟也在不断变大,慢慢改变着内存子系统,而DDR4最重要的使命是提高频率和带宽,每个针脚都可以提供2Gbps(256MB/s)的带宽,拥有高达4266MHz的频率,内存容量最大可达到128GB,运行电压正常可降低到1.2V、1.1V。

LPDDR的运行电压(工作电压)相比DDR的标准电压要低,从第一代LPDDR到如今的LPDDR4,每一代LPDDR都使内部读取大小和外部传输速度加倍。其中LPDDR4可提供32Gbps的带宽,输入/输出接口数据传输速度最高可达3200Mbps,电压降到了1.1V。至于最新的LPDDR4X,与LPDDR4相同,只是通过将I / O电压降低到0.6 V而不是1.1 V来节省额外的功耗,也就是更省电。

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总结起来就是,LPDDR4比LPDDR3带宽更大、功耗更低、频率更高,就目前来看,大部分旗舰机型采用了LPDDR4,当然也有例外。

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