同为闪存!SSD、eMMC、UFS有何不同

2021-11-01
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如同内存在不同应用场景中可以分为DDR、LPDDR、GDDR一样,闪存在不同的设备中也以不同形式存在,比如SSDUFSeMMC。如果你对数码感兴趣,很容易想到SSD经常在电脑或服务器中出现,而UFSeMMC则大多出现在智能手机等移动设备上。那么,既然SSDUFSeMMC都是闪存,它们的区别又在哪呢?

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什么是闪存

首先,我们来了解一下它们的共同点。闪存(Flash Memory),指现在最常用的断电不丢失信息的半导体存储芯片,具有体积小、功耗低、不易受物理破坏的优点。

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闪存主要分为NAND Flah、NOR Flash,这两种类型都是日本人发明后又经过美国Intel公司继续开发的。NAND Flash具有较快的抹写时间,而且每个存储单元的面积较小,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的十几倍。而SSDUFSeMMC都属于NAND Flash。

SSD与UFSeMMC的差别

就应用场景来说,UFSeMMC是一类,都被使用在一些较小的移动设备上,而SSD一般则出现在电脑或服务器上。

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SSD的主要作用是取代之前的HDD(机械硬盘),拥有超大容量,极高的并行性、对功耗和体积要求不敏感、兼容已有接口技术等特点。为了达到高并行、高性能的要求,一个SSD有多颗Flash芯片,这样就可以在每个芯片上进行相互独立的读写操作,以并行性来提高硬盘吞吐量,还可以增加冗余备份。

而在寸土寸金的移动设备中,为了节省空间和功耗,eMMCUFS通常只有一颗密度较高的Flash芯片。eMMC中的「e」是「Embedded(嵌入)」的意思,而UFS原本称作eUFS,也就是说它们是嵌入在主板上的,并不像SSD一样有SATA或M.2接口可以插入,方便更换或升级。

此外,管理一颗Flash芯片和管理多颗Flash芯片,策略肯定是不一样的,因此它们的控制器也就完全不同了。这些便是SSDeMMCUFS的区别。

eMMC和UFS的区别

SSD与eMMCUFS很好区分,但eMMCUFS却有不少相似之处,所以接下来我们来看eMMCUFS之间的区别。

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虽然说eMMC闪存UFS闪存在外观和作用上都没明显区别,但是实际上两者的内部结构却有着本质上的差异。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。

eMMC闪存基于并行数据传输技术打造,其内部存储单元与主控之间拥有8个数据通道,传输数据时8个通道同步工作,工作模式为半双工,也就是说每个通道都可以进行读写传输,但同一时刻只能执行读或者写的操作,与PC上已经淘汰的IDE接口硬盘很是相似。

这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。

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UFS 的全称是「Universal Flash Storage」,也就是通用闪存存储,它是基于串行数据传输技术打造,其内部存储单元与主控之间虽然只有两个数据通道,但由于采用串行数据传输,其实际数据传输时速远超基于并行技术的eMMC闪存此外UFS闪存支持的是全双工模式,所有数据通道均可以同时执行读写操作,在数据读写的响应速度上也要凌驾于eMMC闪存

正因为eMMC闪存UFS闪存在内部结构上存在着本质上的区别,这让两者的理论带宽产生了极大的差异。近年来比较常见的eMMC闪存多应用eMMC 4.x或者5.x规范,其中eMMC 4.5常见于低端设备,理论带宽为200MB/s,现在已经基本淘汰;而eMMC 5.0/5.1标准理论带宽分别为400MB/s和600MB/s,从数字上看并不算低。

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然而与UFS闪存相比,eMMC闪存的这点理论带宽就不够看了。UFS闪存的相关标准是在2011年2月份首次亮相,当时的UFS 1.1标准其已经可以提供相当于300MB/s的理论带宽,而eMMC闪存要到2012年的eMMC 4.5标准时才可以提供200MB/s的理论速率。只是由于当时的应用环境以及成本等因素的限制,USF 1.1标准未能得到大规模的推广。

直到2014年UFS 2.0规范出炉后,eMMC闪存才被彻底碾压。UFS 2.0规范分为两部分,第一部分是UFS HS-G2规范,也就是我们常说的UFS 2.0,其单通道单向的理论带宽就可以达到1.45Gbps的水平,双通道双向的理论带宽就是5.8Gbps;而第二部分的UFS HS-G3标准,也就是我们常说的UFS 2.1,其理论带宽更是UFS 2.0的翻倍,达到11.6Gbps,eMMC闪存彻底望尘莫及了。

而到了近两年,UFS已经成为智能手机上的标配,现在最新的标准是UFS 3.1,单通道带宽为11.6Gbps,是UFS 2.1性能的两倍。

总结

总结来说,SSDeMMCUFS虽然同属闪存NAND Flash),但它们在控制器、接口标准甚至更底层的Flash芯片标准上有所差别。SSD主要是为替代电脑或服务器上的HDD(机械硬盘),容量大,且兼容已有的接口技术。

eMMC、UFS则广泛应用于移动设备,且UFS是作为eMMC的替代品出现,它们都直接嵌入在主板上,很难替换。而UFS得益于接口标准带来的性能优势,逐渐成为智能手机,尤其是安卓手机的主流,eMMC则得益于其成本优势,依然在一些小型移动设备中出现。

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