UFS && eMMC 科普信息收集

reference
http://www.10tiao.com/html/609/201806/2652241154/1.html
https://zhuanlan.zhihu.com/p/26551438
https://www.eettaiwan.com/news/article/20170420TA31-moving-emmc-to-ufs-in-mobile

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常见三种闪存技术

SSD, eMMC, UFS, 这三种闪存技术的不同主要区别在于控制器，接口标准，以及底层的flash芯片标准。

历史

以前电脑主要采用机械硬盘，进行数据的存储工作，访问速度慢，体积大，功耗高，且对震动非常敏感，难以用于小型的移动设备。后面flash memory出现后，解决了以上机械硬盘的各种问题，因此很快在各种移动设备中获得广泛应用。

SSD： 基于flash的ssd硬盘性能好于机械硬盘，所以成为了pc和服务器的主流存储设备。

SSD 主要作用是取代 PC/服务器 上的 HDD 硬盘，它需要：
超大容量（百GB~TB级别）
极高的并行性以提高性能
对功耗，体积等要求并不敏感
兼容已有接口技术 （SATA，PCI等）

而 eMMC 和 UFS主要都是针对移动设备发明的，它们需要：
适当的容量
适当的性能
对功耗 ，体积的要求极其敏感
仅需遵循一定的接口标准 （稍后解释）

结构特点

一个SSD，为了达到高并行高性能的要求，有多个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。而手机中为了节省空间和功耗，通常只有一片密度较高的 Flash 芯片。

接口的不同，在电脑端需要兼容的STAT, PCIE, M2等接口，主要满足硬盘的插拔，而在移动端就不需要，flash被焊接到主板上，只需要遵从一个特定的标准，能和cpu通讯就可以了。

MMC
以前的相机就是用的mmc，如下图

mmc.png

接口设计

emmc 采用了8bit的并行接口。emmc5.1达到400MB/s的速度。----半双工
ufs采用了高速串行接口设计。-----全双工

速度对比.png

ufs与emmc的接口不兼容，且控制器也不通用，所以不能互插。

emmc.png

ufs.png

2018年1月31日上午消息，固态技术协会（JEDEC）发布了Universal Flash Storage v3.0标准。UFS也就是我们通常所说的通用闪存存储，UFS 3.0是针对需要高性能、低功耗的移动应用和计算系统而开发的。简单来说，UFS 3.0是第一个引入了MIPI M-PHY HS-Gear4标准的闪存存储，单通道带宽提升到11.6Gbps，是HS-G3（UFS 2.1）性能的2倍。

对比.png

image.png

市场统计

趋势.png

UFS协议是JEDEC（www.jedec.org）组织制定的，三星、海力士、东芝等公司力捧

发展历史.png

传输速度为什么快？

首先，它在数据信号传输上，使用的是差分串行传输。这是UFS快的基础。所有的高速传输总线，如SATA，PCIe，SAS，都是串行差分信号。串行，可以使用更快的时钟（时钟信息可以嵌在数据流中）；差分信号，即用两根信号线上的电平差表示0或者1。与单端信号传输相比，差分信号抗干扰能力强，能提供更宽的带宽（跑得更快）。打个比方，假设用两个信号线上电平差表示0和1，具体来讲，差值大于0，表示1，差值小于0，表示0。如果传输过程中存在干扰，两个线上加了近乎同样大小的干扰电平，两者相减，差值几乎不变，你大爷还是你大爷。但对单端信号传输来说，就很容易受干扰，比如0-1V表示0,1-3V表示1，一个本来是0.8V的电压，加入干扰，变成1.5V，相当于0变成1，数据就出错了，你大妈已经不是你大妈了。抗干扰能力强，因而可以用更快的速度进行数据传输，从而能提供更宽的带宽了。

UFS的前辈是eMMC，使用的是并行数据传输。并行最大的问题是速度上不去，因为一旦时钟上去，干扰就变大，信号完整性无法保证。

其次，UFS和PCIe一样，支持多通道数据传输，目前最多支持两个通道。多通道可以让UFS在成本、功耗和性能之间做取舍。

还有，它是全双工工作模式，就是读写可以并行。它的前辈eMMC是半双工，读写不能同时进行。

传输接口.png

半双工.png

全双工.png

如果说eMMC是手机中的HDD，那么UFS就是手机中的SSD。UFS取代eMMC成为主流手机存储协议，这是毫无疑问的。不过，UFS一统天下的道路上还有一个拦路虎，那就是NVMe。有人说，NVMe不是SSD的协议标准吗？没错，不过，我要提醒大家的是，苹果现在手机中存储协议是NVMe而不是UFS。在短期，UFS和NVMe会分别在安卓和苹果手机中存在。长期来说，UFS和NVMe是二分天下，还是合二为一，我们只能拭目以待了。

大小如大拇指手指盖大小。麻雀虽小，五脏俱全。UFS存储芯片内部封装了UFS控制器和闪存阵列，和SSD结构很相似。不过和SSD相比，由于它的容量更小，因此闪存die比较少，闪存的通道数也少。另外，出于功耗和成本考虑，UFS芯片一般是不带DRAM的架构。

架构.png