超能课堂(85):华为P10换用的eMMC闪存与UFS 2.1闪存有何不同?

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所属分类:PC
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最近华为P10手机混用UFS闪存和eMMC闪存的事情是闹得沸沸扬扬,虽然华为一再强调更换闪存对用户在P10手机上的使用体验不会产生影响,但毕竟UFS闪存与eMMC闪存之间存在着巨大的性能差异,这个理由显然无法说服众多愤怒的花粉。

最近华为P10手机混用UFS闪存和eMMC闪存的事情是闹得沸沸扬扬,虽然华为一再强调更换闪存对用户在P10手机上的使用体验不会产生影响,但毕竟UFS闪存与eMMC闪存之间存在着巨大的性能差异,这个理由显然无法说服众多愤怒的花粉。

超能课堂(85):华为P10换用的eMMC闪存与UFS 2.1闪存有何不同?
eMMC闪存与UFS闪存究竟有何不同?

不过对于UFS闪存和eMMC闪存之间究竟存在着什么不同,到底在哪些方面会影响用户的使用体验?这些问题恐怕不是每一个玩家都可以轻松答出,这次我们就顺藤摸瓜,给大家理一理UFS闪存与eMMC闪存之间的那些事。

什么是eMMC和UFS闪存?

eMMC的全称是embeddedMultiMediaCard,即“嵌入式多媒体存储卡”,这是一种针对手机或平板电脑等产品的内嵌式存储器标准规格。与我们常说的NAND闪存相比,eMMC闪存并不是单纯的存储芯片,它是在前者的基础额外集成主控芯片的产品,并对外提供自有标准接口,作用相当于PC上的SSD固态硬盘,而且由于自身体积很小,因此很适合移动设备使用。

超能课堂(85):华为P10换用的eMMC闪存与UFS 2.1闪存有何不同?
eMMC闪存与UFS闪存在外观和作用上都没有明显区别

UFS的全称则是UniversalFlashStorage,即“通用闪存存储”,同样是一种内嵌式存储器的标准规格,同样是整合有主控芯片的闪存,不过其使用的是PC平台上常见的SCSI结构模型并支持对应的SCSI指令集

因此eMMC闪存与UFS闪存都是作为嵌入式存储器使用,从作用上来说并无明显区别。只是两者所用的标准规范不同,因此移动设备无论是使用eMMC闪存还是UFS闪存,都必须支持相应的eMMC规范或者是UFS规范。

eMMC闪存与UFS闪存的主要区别

虽然说eMMC闪存和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。

超能课堂(85):华为P10换用的eMMC闪存与UFS 2.1闪存有何不同?

而UFS闪存则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。

因此现在有不少人将UFS闪存比作PC上的SATA接口硬盘,小编认为这个并不准确,因为SATA硬盘虽然用的是串行技术,但是其本质上使用的是ATA规范,仅支持半双工模式。实际上UFS闪存采用的是SCSI结构模型并支持对应的SCSI指令集,因此其应该相当于服务器平台上常见的SAS硬盘而不是普通的SATA硬盘。

超能课堂(85):华为P10换用的eMMC闪存与UFS 2.1闪存有何不同?

正因为eMMC闪存与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标准在目前来说仍算主流,理论带宽分别为400MB/s和600MB/s,从数字上看并不算低。

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产本成本等因素的限制,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。

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当然了以上只是理论带宽,在实际产品中我们很难看到有可以把理论带宽全部用完的产品,不过一般来说基于UFS 2.0规范的存储设备在性能上多少是要领先于eMMC规范产品。以三星提供的数据显示,UFS 2.0闪存的连续读写速度为350MB/s和150MB/s,而eMMC 5.1闪存的连续读写速度则为250MB/s和125MB/s,比起UFS2.0闪存确实要逊色一些。

不过与连续读写速度相比,UFS闪存在随机读写上的领先幅度要更大一些,特别是随机读取方面。同样是三星提供的数据,UFS 2.0闪存的随机读取性能可以轻松达到1900IOPS的水平,而eMMC 5.1闪存只能达到11000IOPS,前者的领先幅度超过了70%。

UFS闪存与eMMC闪存性能差异实测

由于UFS闪存和eMMC闪存都是嵌入式存储芯片,我们无法在同一测试平台上查看他们的差异,不过我们可以通过配置相近的手机来得到一个参考数据。这次参与对比的两台手机是我们评测室中同事的自用产品,其中一台是一加手机3,另一台则是联想ZUK Z2,两者均基于骁龙820处理器打造且均为64GB内置存储,其中一加手机3拥有6GB内存,使用UFS2.0闪存和基于Android7.1.1的氢OS系统;ZUK Z2拥有4GB内存,使用eMMC 5.1闪存以及基于Andoird 7.0的ZUI系统。

测试软件使用的是AndroBench 5.0.1,全部设置为默认,测试时两台手机均为日常使用状态,其中一加手机3的内置存储尚有约30GB的可用空间,而ZUK Z2则有接近47GB的内置存储可用空间。

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但即便在这样的情况下,一加手机3跑出来的存储成绩仍然大幅度领先于ZUK Z2,前者的连续读写速度为422MB/s和145MB/s,而后者仅有217MB/s和45MB/s,随机读写前者为78MB/s和15MB/s,而后者只有18MB/s和5MB/s,无论在哪一方面都被前者碾压。

超能课堂(85):华为P10换用的eMMC闪存与UFS 2.1闪存有何不同?
连续读取对比

超能课堂(85):华为P10换用的eMMC闪存与UFS 2.1闪存有何不同?
连续写入对比

超能课堂(85):华为P10换用的eMMC闪存与UFS 2.1闪存有何不同?
随机读取对比

超能课堂(85):华为P10换用的eMMC闪存与UFS 2.1闪存有何不同?
随机写入对比

虽然说这是两个不同手机跑出来的成绩,但考虑到两者配置上还是比较接近的,因此我们认为作为UFS 2.0闪存与eMMC 5.1闪存之间的性能比较,这个测试结果还是有参考价值的。从这个结果不难看出,UFS 2.0闪存有着凌驾于eMMC 5.1闪存的性能,在这个手机性能需求越来越高的年代,UFS闪存确实比eMMC闪存更适合用在高端手机产品上。

此外从这个测试结果我们也可以看到,目前UFS闪存尚未能完全发挥其理论带宽上的优势,这也就意味着UFS闪存依然有很大的发展潜力,未来还可以进一步拉开其与eMMC闪存之间的差距,彻底抛离eMMC闪存。后者虽然在性能上仍然满足目前的使用需求,但是从结构上来说已经“夕阳西下”,潜力已经被挖掘得差不多了。

UFS闪存与eMMC闪存就只有读写性能上的差异吗?

得益于全双工模式、串行数据传输技术以及SCSI指令集的支持,UFS闪存不仅在读写性能上高于同时期的eMMC闪存,其还拥有着更多领先于对手的优点。首先eMMC采用的是32位地址总线,这意味着其最大只能支持2TB存储空间管理,而UFS闪存在这方面则可以灵活调配,地址总线可以超过32位,因此其最大管理容量能够轻松超过2TB,当然就目前市场上的现有产品,两者的这个区别暂时未能得到体现,毕竟目前需要用到eMMC闪存或者UFS闪存的移动设备,内置容量也就刚刚达到256GB的水平。

超能课堂(85):华为P10换用的eMMC闪存与UFS 2.1闪存有何不同?

除了可管理容量上限的不同外,目前的UFS 2.0闪存可以支持管理最多8个分区,而eMMC闪存则为4个分区;同时UFS 2.0闪存还支持数据队列、多线程、分区引导等功能,而eMMC在这方面则是基本空白,这也进一步地限制了eMMC闪存的发展潜力。

当然eMMC闪存也不是一无是处,UFS闪存相比eMMC闪存的主要劣势是在功耗上,以理论上的满载功耗而言,UFS闪存是要高于eMMC闪存的。但是由于UFS闪存性能更强的原因,往往在处理同一件事情的时候,UFS闪存满载运行的时间要比eMMC闪存更短,因此在实际功耗上,两者其实旗鼓相当,并无明显区别。

那么现在有哪些厂商可以生产UFS2.1闪存?

现在手机市场的主流是eMMC 5.1闪存与UFS 2.0闪存,前者多在主流级机型上使用,而后者则常见于高端机型,其中部分旗舰产品已经用上了性能更强的UFS 2.1闪存。不过现在能够生产UFS 2.1闪存的厂商并不多,其中已经宣布量产并推出市场的主要是三星、东芝以及SK海力士三家,美光的UFS 2.1闪存产品也已经进入量产阶段,不过目前仍未公布具体的信息。

超能课堂(85):华为P10换用的eMMC闪存与UFS 2.1闪存有何不同?

首先三星目前已经有三款UFS 2.1闪存正在量产中,对应容量分别为256GB、128GB与64GB,采用FBGA封装,主要面向智能手机、平板电脑以及智能电视等产品,不过闪存的具体性能数据没有提及。值得一提的是,目前三星是唯一量产且销售256GB容量UFS 2.1闪存的厂商,在这方面要略为领先于其他厂商。

超能课堂(85):华为P10换用的eMMC闪存与UFS 2.1闪存有何不同?

东芝方面则同样有三款UFS 2.1闪存正在量产中,对应容量为32GB、64GB和128GB,采用FBGA封装,最大数据传输速度为1166MB/s,也是面向智能设备领域推出。

超能课堂(85):华为P10换用的eMMC闪存与UFS 2.1闪存有何不同?

SK海力士的UFS 2.1闪存共计有三款型号,对应32GB、64GB与128GB容量,同样是采用FBGA封装,具体性能数据没有提及。

总结:UFS闪存在结构与性能上均领先于eMMC闪存

从上面的数据我们可以看出,UFS闪存无论在结构还是性能表现上均要领先于eMMC闪存,两者之间的差距在UFS 2.0/2.1以及eMMC 5.0/5.1级别产品上有着更为明显的体现。

随着移动设备基础性能的提升,以及用户在移动设备上的多任务执行等需求的增加,手机闪存性能的提升已经迫在眉睫。从长远的角度来说,有着更进一步发展潜力的UFS闪存显然比eMMC闪存更加适合移动设备,也更加符合移动设备的发展进程。

当然我们并不是说eMMC闪存必须马上淘汰,毕竟在目前的使用环境来说,eMMC闪存还是可以满足正常使用需求的。只是现在eMMC闪存的潜力几乎是挖掘殆尽,很容易就会在使用体验特别是一些相对极端的使用环境下形成瓶颈,这也是为什么eMMC闪存多数会用在“够用就好”的主流级产品上,而讲究极致体验的高端旗舰型产品多数会采用UFS闪存的原因。

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