芯科普 | 闪存标准不断升级，UFS3.1将成为5G智能手机的主流

普通消费者通常认为手机的高性能是更高规格的处理器，但其实要配合更多细分的配置、技术，才能有更高的性能体验，随着5G时代的到来，手机圈热闹了起来，除了芯片、高刷新率屏幕、摄像头、双扬声器以外。UFS闪存也成了大家关注的焦点，手机闪存虽然平时存在感没有那么强，但却能够深刻影响用户体验，不论是安装应用、启动App、传输数据还是日常操作手机，UFS闪存技术都是必不可少的。现阶段，5G智能手机应该配搭怎样的存储芯片方能达到性能提升呢？

在5G时代，在线游戏、AR/VR等都是需要快速读写数据与大量记忆存储的应用，追求其高体验感的情况下，不仅需求大容量存储空间，更是考验影响读写速度的闪存标准。

手机存储芯片经历了eMMC和UFS 两个时代。早期的智能手机闪存标准多数采用eMMC，如今多数千元旗舰以及中高端的智能手机均采用UFS 2.1和UFS2.2标准，更高端的智能手机则采用UFS3.0和UFS3.1标准。

eMMC全称为“embedded Multi Media Card”，即嵌入式的多媒体存储卡，由MMC协会所订立。从eMMC4.3一路发展到4.4、4.5直到现在的5.0、5.1，传输速度也从50MB/s一路狂飙到最新eMMC5.1的600MB/s，而常见于手机上的eMMC5.1实际读取速度不会超过300MB/s。

由于单通道的结构性质，eMMC不能同时读写数据，不支持多线程，想提升这种存储单元的性能，只有不断改进eMMC的总线接口，也就是我们刚才说的eMMC的版本升级。

这也注定了eMMC存储不会有太高的提升空间。

两种标准的通道区别（图片引自网络）

UFS全称为“Universal Flash Storage”，即通用闪存存储，由固态技术协会JEDEC订立。相比于eMMC，其优势就在于使用高速串行接口替代了并行接口，改用了全双工方式，收发数据可以同时进行。

UFS 2.0规范分为两种，强制标准为HS-G2，可选标准为HS-G3。HS-G2 1Lane最高读写速度为2.9Gbps（约为360MB/s），2Lane最高读写速度为5.8Gbps（约为725MB/s）。可选标准HS-G3 1Lane最高读写速度为5.8Gbps（约为725MB/s），2Lane最高读写速度为11.6Gbps（约为1.45GB/s）。

UFS 2.1的闪存存储标准速度标准没有任何变化，主要是在设备健康、性能优化、安全保护三个方面进行了升级。

UFS 2.2和UFS 2.1的区别在于增加了Write Booster(写入加速器)功能，比UFS 2.1提高了写入速度。写入速度的提高会带来更快的应用启动速度、缓存加载带来更好的浏览行为、更快的编码时间等诸多良好特性。

2018年，固态技术协会（JEDEC）正式发布了UFS3.0标准，该标准采用HS-G4规范，单通道带宽可达11.6Gbps，性能为UFS2.x的两倍，而UFS为双通道读写，因此实际接口带宽为23.2Gbps，可换算为2.9GB/s。并且电压也比前代UFS2.x更低，对降低设备的功耗和发热有着强大效果，实现了性能再翻倍。

以上数据仅供参考

从上表可以看出，UFS3.0的综合性能，特别是持续读写速度有着秒杀UFS2.1前辈的表现，只是在随机读写和SQLite性能上，却依旧和双通道的UFS2.1持平，有些小遗憾。

UFS 3.1是在UFS 3.0的基础上主要加入了以下几个新特性：写入增强器(Write Turbo)、深度睡眠(Deep Sleep)和性能限制通知(Performance Throttling Notification)、主机性能提升器（Host Performance Booster），进一步带来了性能、功耗、成本等方面的进一步优化。

写入增强器指在符合UFS 3.1标准的设备上，引入一个SLC非易失性缓存，从而进一步提高写入速度。

深度睡眠(Deep Sleep)是让闪存在空闲的时间段进入低功耗睡眠状态，确保闪存在睡眠状态下降低功耗，耗电量比UFS3.0 hibernate更低30~50%。

性能限制通知(Performance Throttling Notification)则是因为某些情况导致存储性能受到影响时，及时通知主机有关性能限制的信息，特别会在设备过热时通知系统限制读写性能以降低闪存温度。简而言之，这是在闪存中加入了根据外部环境实时反馈的控制中心。

主机性能提升器（Host Performance Booster）是利用手机RAM来缓解闪存的硬件压力，提升性能，解决闪存长时间时候后性能衰减的问题，解决手机越用越卡的问题。

进入5G时代，5G网络最高理论速率可达20Gbps，也就是2.5GB/s左右，按照理论数据一瞬间就可以下载一部高清电影。也就是说手机存储芯片也需要有这么高的写入速度，才能使5G的高网速体现出来。所以，制约下载速度的不单是网速，还有存储。UFS3.0标准的2.9GS/s大带宽显然与5G的高网速更般配。

UFS3.1 标准在传输速度上更快，功耗更低，更适合应用于5G手机上。在实际操作中，这些优势主要体现在多任务执行响应速度更快、玩游戏的延迟更低画面更流畅、照片写入时间更短和带来更佳的省电效果等方面。比如用手机播放4K视频时，UFS 3.1所需要的加载时间更短，加载时间不足eMMC 5.1的三分之一；打开手机游戏、读取游戏场景时，UFS 3.1所需要加载的时间更短，场景过渡更流畅、不等待、不卡顿；App启动速度上，UFS3.1所需要的时间更短。为达到更优异的体验感，UFS 3.1闪存将成为5G智能手机的主流应用。