如同記憶體在不同應用場景中可以分為DDR、LPDDR、GDDR一樣,快閃記憶體在不同的裝置中也以不同形式存在,比如SSD、UFS和eMMC。如果你對數碼感興趣,很容易想到SSD經常在電腦或伺服器中出現,而UFS和eMMC則大多出現在智慧手機等移動裝置上。那麼,既然SSD、UFS、eMMC都是快閃記憶體,它們的區別又在哪呢?
什麼是快閃記憶體
首先,我們來了解一下它們的共同點。快閃記憶體(Flash Memory),指現在最常用的斷電不丟失資訊的半導體儲存晶片,具有體積小、功耗低、不易受物理破壞的優點。
快閃記憶體主要分為NAND Flah、NOR Flash,這兩種型別都是日本人發明後又經過美國Intel公司繼續開發的。NAND Flash具有較快的抹寫時間,而且每個儲存單元的面積較小,這讓NAND Flash相較於NOR Flash具有較高的儲存密度與較低的每位元成本。同時它的可抹除次數也高出NOR Flash的十幾倍。而SSD、UFS、eMMC都屬於NAND Flash。
SSD與UFS、eMMC的差別
就應用場景來說,UFS和eMMC是一類,都被使用在一些較小的移動裝置上,而SSD一般則出現在電腦或伺服器上。
SSD的主要作用是取代之前的HDD(機械硬碟),擁有超大容量,極高的並行性、對功耗和體積要求不敏感、相容已有介面技術等特點。為了達到高並行、高效能的要求,一個SSD有多顆Flash晶片,這樣就可以在每個晶片上進行相互獨立的讀寫操作,以並行性來提高硬碟吞吐量,還可以增加冗餘備份。
而在寸土寸金的移動裝置中,為了節省空間和功耗,eMMC和UFS通常只有一顆密度較高的Flash晶片。eMMC中的「e」是「Embedded(嵌入)」的意思,而UFS原本稱作eUFS,也就是說它們是嵌入在主機板上的,並不像SSD一樣有SATA或M.2介面可以插入,方便更換或升級。
此外,管理一顆Flash晶片和管理多顆Flash晶片,策略肯定是不一樣的,因此它們的控制器也就完全不同了。這些便是SSD與eMMC和UFS的區別。
eMMC和UFS的區別
SSD與eMMC、UFS很好區分,但eMMC與UFS卻有不少相似之處,所以接下來我們來看eMMC與UFS之間的區別。
雖然說eMMC快閃記憶體和UFS快閃記憶體在外觀和作用上都沒明顯區別,但是實際上兩者的內部結構卻有著本質上的差異。eMMC的全稱為「embedded Multi Media Card」,即嵌入式的多媒體儲存卡。eMMC是在NAND快閃記憶體晶片的基礎上,額外集成了主控制器,並將二者「打包」封裝成一顆BGA晶片,從而大幅降低多晶片的空間佔用和佈線難度問題。
eMMC快閃記憶體基於並行資料傳輸技術打造,其內部儲存單元與主控之間擁有8個數據通道,傳輸資料時8個通道同步工作,工作模式為半雙工,也就是說每個通道都可以進行讀寫傳輸,但同一時刻只能執行讀或者寫的操作,與PC上已經淘汰的IDE介面硬碟很是相似。
這在實際應用中的影響就是,當我們將手機與PC連線,在複製照片的同時將無法訪問手機儲存空間內的其他資料夾,也無法同時往手機裡複製資料,只有等照片傳輸完畢後才能進行其他操作。
而UFS 的全稱是「Universal Flash Storage」,也就是通用快閃記憶體儲存,它是基於序列資料傳輸技術打造,其內部儲存單元與主控之間雖然只有兩個資料通道,但由於採用序列資料傳輸,其實際資料傳輸時速遠超基於並行技術的eMMC快閃記憶體。此外UFS快閃記憶體支援的是全雙工模式,所有資料通道均可以同時執行讀寫操作,在資料讀寫的響應速度上也要凌駕於eMMC快閃記憶體。
正因為eMMC快閃記憶體與UFS快閃記憶體在內部結構上存在著本質上的區別,這讓兩者的理論頻寬產生了極大的差異。近年來比較常見的eMMC快閃記憶體多應用eMMC 4.x或者5.x規範,其中eMMC 4.5常見於低端裝置,理論頻寬為200MB/s,現在已經基本淘汰;而eMMC 5.0/5.1標準理論頻寬分別為400MB/s和600MB/s,從數字上看並不算低。
然而與UFS快閃記憶體相比,eMMC快閃記憶體的這點理論頻寬就不夠看了。UFS快閃記憶體的相關標準是在2011年2月份首次亮相,當時的UFS 1.1標準其已經可以提供相當於300MB/s的理論頻寬,而eMMC快閃記憶體要到2012年的eMMC 4.5標準時才可以提供200MB/s的理論速率。只是由於當時的應用環境以及成本等因素的限制,USF 1.1標準未能得到大規模的推廣。
直到2014年UFS 2.0規範出爐後,eMMC快閃記憶體才被徹底碾壓。UFS 2.0規範分為兩部分,第一部分是UFS HS-G2規範,也就是我們常說的UFS 2.0,其單通道單向的理論頻寬就可以達到1.45Gbps的水平,雙通道雙向的理論頻寬就是5.8Gbps;而第二部分的UFS HS-G3標準,也就是我們常說的UFS 2.1,其理論頻寬更是UFS 2.0的翻倍,達到11.6Gbps,eMMC快閃記憶體徹底望塵莫及了。
而到了近兩年,UFS已經成為智慧手機上的標配,現在最新的標準是UFS 3.1,單通道頻寬為11.6Gbps,是UFS 2.1效能的兩倍。
總結
總結來說,SSD、eMMC、UFS雖然同屬快閃記憶體(NAND Flash),但它們在控制器、介面標準甚至更底層的Flash晶片標準上有所差別。SSD主要是為替代電腦或伺服器上的HDD(機械硬碟),容量大,且相容已有的介面技術。
eMMC、UFS則廣泛應用於移動裝置,且UFS是作為eMMC的替代品出現,它們都直接嵌入在主機板上,很難替換。而UFS得益於介面標準帶來的效能優勢,逐漸成為智慧手機,尤其是安卓手機的主流,eMMC則得益於其成本優勢,依然在一些小型移動裝置中出現。