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UFS 31未来将成为5G手机闪存接口的主流

【天极网手机频道】随着5G时代来临,智能手机从外在形态到内部配置均有改变。其中,外观变化最明显的是全面屏,而配置的变化除处理器外,以存储和内存最具代表性——2019年开始,UFS 3.0逐渐被旗舰机采用,到2020年搭载LPDDR5内存则成为趋势。

  毋庸置疑,硬件升级能够显著改善使用体验,只不过相比处理器、基带、摄像头而言,用户对于存储更新带来的体验变化或许没有那么“敏感”,这是不是意味着存储的重要性不如硬件?当然不是。

无论是PC还是手机,存储都是保障系统顺畅的关键一环,我们先以PC为例。相比传统机械硬盘,固态硬盘(SSD)拥有更高的读写效率、可靠性以及更小的体积。即使是STAT SSD其读写速率也可达到一般机械硬盘的5倍左右,如今广泛采用的NVMe SSD读写速率可以轻松达到机械硬盘的20倍以上,可以显著提升数据读写、传输效率。而在实际使用中,仅有机械硬盘的PC,开机可能就要1分钟以上,搭载SSD的PC则只需要十几秒,甚至更短,孰优孰劣立见分晓。凭借对用户体验的大幅升级,如今SSD已经成为绝大多数电脑的标配,特别是笔记本极少有产品仅配备机械硬盘。

再来看智能手机,目前智能手机所采用的存储主要为eMMC5.1、单通道UFS 2.1、双通道UFS 2.1以及UFS 3.0。其中,eMMC5.1的读取速度约300MB/s,单通道UFS 2.1读取速度约500MB/s,双通道UFS 2.1读取速度可以达到800MB/s以上。而2018年发布的UFS 3.0标准其读取速度可达1500MB/s,是双通道UFS 2.1的两倍,可以为手机提供更快速读写效率,提升程序启动、加载的使用体验。这也就不难理解为什么从2019年开始UFS 3.0存储被广泛采用。

在5G时代,诸如云游戏、VR、4K超高清视频等应用场景均需要快速读写数据与大量记忆存储,因此对于手机存储出了更高的要求。今年1月30日,JEDEC正式发布了UFS 3.1标准,在UFS 3.0基础上进一步增强。最新的UFS 3.1标准相比UFS 3.0又带来了哪些新特性?未来移动存储又将有哪些变化?慧荣科技产品企划部协理谢逸群在接受天极网采访时做出了详细介绍。


慧荣科技产品企划部协理谢逸群

  UFS 3.1的三大全新特性

谢逸群表示,UFS 3.1是3.0的优化版,主要改善存取效能与省电性能,在UFS 3.0基础上增加了三大特性。

写入增强器(Write Booster)技术:通过在符合UFS 3.1标准的设备上引入一个SLC非易失性缓存,进一步提高写入速度。

深度睡眠(Deep Sleep)技术:当存储器没有读写动作时,进入深层睡眠模式,从而达到最低耗电量,相比UFS3.0 hibernate能够降低30~50%。

  性能调整通知(Performance Throttling Notification):UFS 3.1设备因为某些情况导致存储性能受到影响时,及时通知主机有关性能限制的信息。

此外,谢逸群还提到主机性能提升器(Host Performance Booster,HPB)也值得关注,此技术概念类似SSD的主控端内存缓冲 (Host Memory Buffer, HMB),在系统的DRAM中缓存UFS设备逻辑到物理(LTP)地址映射,以提高性能。

5G与UFS 3.1相辅相成:“1+1>2”

5G相比4G部署速度更快,2020年这一趋势也将延续下去。截至2019年12月全球已经有超过40家运营商和40多家终端厂商推出了5G网络和产品。Qualcomm Incorporated总裁安蒙表示:“到2020年末,预计全球将达到2亿5G用户。2021年全球移动行业将向5G迁移,5G会在更多地方部署。”

  5G快速发展为各行各业带来了机遇,移动存储也是其中之一。5G时代移动互联产生的数据量将进一步增加,需要手机具备更高的读写效率,因此5G将与UFS 3.1相辅相成,带给提升手机体验“1+1>2”的效果。比如在整个4G时代,我们浏览信息的方式从图文逐步进入到视频、直播,并且视频分辨率也实现了标清、高清、超高清的过渡。如今部分视频平台已经提供了4K资源以及VR资源,也只有在5G高速网络下,用户才能获得更顺畅的观看体验。反过来讲,随着5G普及,移动互联网平台上提供的内容质量也将进一步提升。不止如此,用户也在创作更高质量的内容。2020年率先发布的旗舰手机不仅可以支持4K HDR视频拍摄,还加入了8K视频、亿级像素照片拍摄等功能。这不仅需要手机处理器具备卓越的算力,也需要存储性能及时跟进,避免在播放、拷贝时影响体验。

  据谢逸群介绍,UFS 3.1读取4K高清影所需时间更短,加载所需要的时间不到eMMC5.1的1/3。他表示慧荣科技已经发表支持UFS 3.1规格的主控芯片SM2754,集成了专有固件和技术,并采用更优秀的算法,进而提高随机持续读取和写入性能。顺序读取速度可达2000 MB/s,顺序写入速度在Write Booster的支持下可达1000MB/s以上,并且在写入增强器(Write Booster)和主机性能提升器(Host Performance Booster)两大特点和不断优化的固件方案的加持下,读写性能还将进一步提高。

如今随着自媒体及视频平台火爆,手机已经成为vlog达人手中的“生产力工具”,通过手机拍摄、剪辑、分发视频内容逐渐成为常态。而UFS 3.0以及UFS 3.1存储的及时跟进显然也是保证手机生产力的关键,避免卡顿,提供更为顺畅的创作体验。

除超高清影像外,游戏也是促使手机存储升级的关键。如果说拍摄视频遇到卡顿还能等一等,那么对于游戏玩家而言,等待便意味着输掉比赛。因此,2019年下半年发布的游戏手机均配备了UFS 3.0存储。谢逸群表示:“对于玩家来说,游戏开启速度更快,场景切换更加流畅,能为游戏体验带来不少加分,相对来说存储的性能及容量会成为手游的主要关键。APP打开速度上,采用UFS 3.1的5G手机更快。体验游戏时UFS 3.1手机延迟更低,画面更流畅。”目前慧荣科技已经为手机存储提供最新SM2754主控芯片解决方案,符合JEDEC最新UFS 3.0及UFS 3.1标准,支持HS-Gear4-2L标准、SCSI体系结构模型(SAM) 和UniPro 1.8标准,实现卓越性能、多任务支持和高稳定性,可满足手游的高速高容量需求。

  另外据谢逸群介绍,慧荣科技在SM2754解决方案中试用SRAM来进行数据错误检测,可防止发生软错误事件,并且提高数据的可靠性。此外凭借慧荣科技自主研发的MIPI M-PHY及独创的高可靠低功耗LDPC算法,可多方面提高数据安全性。

从视频、游戏等5G应用场景不难看出,拥有卓越读写性能的UFS 3.1未来将成为手机必不可少的一部分,而5G与UFS 3.1为手机带来的提升还不止于此。随着手机屏幕尺寸、分辨率提升,以及5G功能的加入,智能手机续航面临挑战。尽管目前部分手机电池容量已经高达5000mAh,但对于重度用户而言“还是不够”,续航不管到了什么时候自然都是越久越好。然而,手机厂商如果继续扩大电池容量,那么按照现有技术,必然会增加重量,影响握持感。所以控制功耗,提升能效便成为延长续航的关键。

  高效能正是最新UFS 3.1存储的优势,比如上文提到的,深度睡眠技术相比UFS3.0 hibernate实现能耗降低30~50%,同时随着手机存储容量扩大,UFS 3.1卓越能效管理的优势还将进一步提升。另外,优化续航已经成为智能手机产业链所有参与者“共同的目标”。高通推出的骁龙865相比上代产品实现了GPU效能35%的提升;OEM厂商也通过电池管理、AI优化等功能提升手机续航。谢逸群表示:“移动存储应用的UFS主控芯片,需要重视高性能、低功耗及如何管理3D NAND让整个存储产品寿命延长。慧荣科技预先规划来支持最新3D NAND接口的速度,同时也将低功耗(low power)规格放进设计以达到高性能的要求。”

UFS 3.1未来将成为5G手机闪存接口的主流

在高通推出支持5G的“准旗舰”芯片骁龙765以及骁龙765G后,5G智能手机数量进一步增加,并且由旗舰级向中高端市场过渡。从完善用户体验的角度而言,在这些中高端智能手机上,UFS 3.0和UFS3.1存储或将被更广泛的采用。谢逸群认为,更高性能的UFS 3.1标准存储产品将会给5G智能手机带来更加卓越的性能,其更低的功率设计也毫无疑问是为5G智能手机所准备

对于未来发展,谢逸群表示:“在2020年,UFS 3.0会与UFS3.1并存。展望未来,在5G的带动之下,智能手机的各项技术规格都有升级的需求,最新的UFS 3.1规格,未来将成为5G手机闪存接口的主流,慧荣是闪存独立主控芯片的主要厂商,也看好此一发展趋势,预先做好准备,帮助客户快速导入市场,提高产品在市场上的竞争力,在5G智能手机市场实现双赢。”