闪存的速度非常快,台式电脑和笔记本电脑上最新的闪存存储装置使用适当的接口后读写速度可以达到每秒约500MB。然而,对于智能手机、平板电脑、电子书阅读器等移动设备来说情况则完全不同,这些设备虽然同样使用闪存作为存储介质,但读取和写入速度无论如何都无法达到每秒500MB,在大部分移动设备上,闪存的速度甚至每秒只有约50MB,这是因为移动设备使用的闪存存储器不同于SATA接口的固态硬盘,而是嵌入式的多媒体存储卡(Embedded Multi Media Card,简称eMMC),它所使用的连接方式速度要慢很多。
目前,几乎所有主流的智能手机和平板电脑都采用这种存储介质,多媒体存储卡在替代紧凑型闪存作为智能手机等移动设备的存储介质之后,就有新版本不断推出,以Google的Nexus 7平板电脑为例,它所使用的是4.1版本的eMMC,这一版本的存储卡,其读写速度最高也无法超过每秒104MB。为此,2011年电子设备工程联合委员会(Joint Electron Device En gineering Council,简称JEDEC)发布了第一代通用闪存存储(Universal Flash Storage,简称UFS)标准,希望能够替代eMMC。然而,第一代的UFS并不受欢迎,因为相对于不断更新换代的eMMC它似乎没有提供足够的优势。为此,JEDEC在2013年9月发布了新一代的通用闪存存储标准UFS 2.0,该标准下的闪存读写速度可以高达每秒1 400MB,这相当于在两秒钟内读写两个CD光盘的数据,不仅相比eMMC它有巨大的优势,它甚至能够让电脑上使用的闪存存储介质固态硬盘也相形见绌,因而,该标准极有可能在2015年成为移动设备的主流标准。
新标准下的存储速度甚至超越固态硬盘
速度相对缓慢的eMMC能够屹立不倒,功耗低是一个重要的因素,因为对于移动设备来说,节省电池的电力比存储介质的速度更重要,而eMMC在这方面有一定的优势。事实上,如果从功耗方面来比较,即使是新一代的UFS 2.0标准,也只能够说与eMMC旗鼓相当。这两个标准操作过程中消耗的功率约为1mW(毫瓦),而待机状态下功耗将低于0.5mW。当UFS 2.0满载时,所消耗的功率实际上比eMMC还要多,只不过由于它可以相对更快地完成操作而更早地切换到待机状态,所以可以说在功耗方面的表现与eMMC不相上下。而eMMC目前仍然被广泛使用的另一个原因是,这种旧标准的产品能够通过廉价的大规模生产工艺降低成本,而UFS 2.0产品相比之下显得很昂贵,因而在标准推行的初期,仅可能被用于高端设备。
UFS 2.0所能达到的传输速度是eMMC所无法比拟的,即使与当前最新的eMMC 5.0标准相比其速度也高出3倍。能够实现这样速度的关键在于,UFS 2.0采用了许多聪明的设计,例如不同于eMMC存储器读取和写入必须分开执行的方式,UFS 2.0传输的数据可以在UFS主机与闪存之间以全双工模式进行交换,读写可以同时执行。此外,UFS 2.0附加的控制通道可以有效地确保数据的安全传输,不必再因为冗长的写操作而做不必要的等待。这是UFS 2.0获得更高速度的关键,存取指令将通过UFS驱动程序传递到CPU芯片上的UFS主机控制器,控制器将对传入命令进行排序,确保它们能够尽可能快地进行处理,而且UFS 2.0能够通过存储器芯片平行执行队列中的多个命令。
嵌入式的智能存储器
UFS 2.0命令队列包含一个优先次序,例如命令队列中视频播放器接收其数据的速度将比浏览器后台的下载任务有更高的优先级别。串行连接的命令并没有彻底地改变,但是它将和USB 3.0一样采用SCSI的指令系统,因此UFS 2.0可以将存储块作为独立的逻辑单元并行地进行操作。相对于eMMC来说,这是一个巨大的优势,因为在使用eMMC的系统中,整个系统必须等待之前的任务完成之后才可以启动另一个任务。另一方面,UFS 2.0可以同时处理多项任务的功能,可以更好地支持系统的多线程操作。
除了速度上有明显的优势之外,相对于eMMC,UFS 2.0还可以支持更大容量的闪存。由于eMMC采用硬编码的32位寻址系统,因而系统只能支持2TB的闪存存储器。2TB的闪存存储器无疑足以满足当前所有智能手机和平板电脑的应用需求,但是未来则难以预料。相比之下,UFS的寻址系统要灵活许多,可以轻松跨越2TB的障碍(最大可寻址的精确容量取决于UFS具体的执行方法)。UFS允许建立8个分区,并且可以从这些分区上启动。此外,分区可配置保护功能,例如可以通过加密的密钥保护分区上的敏感数据。
UFS 2.0相关的产品即将推出,首先高通将推出支持该标准的系统芯片骁龙805,而采用UFS 2.0存储器的第一款智能手机将是配备这款芯片的Pantech Vega Iron 2,而其他的设备也将很快推出。