選eMMC、UFS還是NVMe？手機ROM存儲傳輸協議解析

伴隨著半導體技術日新月異的蛻變，手機ROM的容量也突飛猛進。如今的旗艦手機，幾乎已經找不到16GB ROM的存在，最新發布的iPhone 8/iPhone 8 Plus也將32GB版本砍掉，直接從64GB起步。而系統固件、App和各種文件容量的逐步增加，既對快閃記憶體容量提出了高要求，也對讀取速度提出了高標準。在選購大存儲容量機型的同時，我們也就不能忽視快閃記憶體的速度。在目前的手機市場，決定快閃記憶體速度的因素除了顆粒類型、系統優化外，不同傳輸協議的影響最為關鍵。

基於NAND的三大派系

我們評測中常常提到的ROM，也就是快閃記憶體（Flash Memory），手機上安裝App的數據和緩存都會保存在ROM里，ROM速度越快，App載入和運行的速度自然也就越快。第一款商業性快閃記憶體是由Intel推出的NOR Flash晶元，後來東芝發布了NAND Flash。NAND Flash具有較快的讀寫速度，每個存儲單元的面積也較小，逐漸佔據了存儲市場的主流，如今廣泛用於PC上的SSD和手機的ROM，本質上都是NAND快閃記憶體。

隨著手機ROM的增加，越來越多的用戶不再使用microSD卡，一方面是因為手機ROM已經足夠使用，另一方面則是microSD卡的讀取速度大多不如NAND，體驗參差不齊。

雖然手機ROM均是由NAND快閃記憶體顆粒構成，但由於顆粒類型和傳輸協議的不同，傳輸性能上也有了明顯差異。在存儲顆粒類型上，SLC、MLC和TLC究竟誰優誰劣的爭論由來已久。SLC性能最出色，但由於成本較高，目前幾乎沒有手機使用；MLC性能夠用，價格適中，壽命較長；TLC綜合性能較低，價格低廉，壽命相對短。

雖然大部分用戶都認為MLC顆粒更好一些，但隨著製程的進步和TLC成本的逐步降低，TLC產品開始大量上市，MLC產品的份額難免被蠶食。

而在傳輸協議方面，eMMC、UFS和NVMe就是目前手機快閃記憶體市場上常見的三種，區別主要在於主控晶元、介面標準以及更底層的Flash晶元標準。如果將傳輸協議比作高速公路上限速不同的車道，那顆粒類型就是不同馬力的車輛，由此產生的組合自然也就跑出了不同速度。

eMMC

eMMC是一個起源較早的技術，全稱叫embedded MultiMedia Card。資深的手機玩家或許還記得過去部分手機上使用過的MMC存儲卡，跟SD卡很類似。沒錯，eMMC就是在MMC基礎上發展而來，和MMC一樣沿用了8 bit的並行介面。2015年前幾乎所有主流的智能手機和平板電腦都採用這種存儲介質，在傳輸速率不高的時代，並行介面足夠手機上使用了。

這一標準從eMMC 4.3一路發展到現在的5.1，改變的只是匯流排介面的帶寬，目前，eMMC的匯流排介面主要以eMMC 4.4、eMMC 4.5、eMMC 5.0、eMMC 5.1為主，理論帶寬分別為104MB/s、200MB/s、400MB/s和600MB/s，實際應用中的速度會稍有折扣。

採用並行介面的eMMC已經逐漸難以滿足當下手機用戶的需求，即便不斷升級也不過是將單行道拓寬，無法高效地實現「雙向通行」。

UFS

UFS的全稱是Universal Flash Storage，也就是通用快閃記憶體存儲。最早出現的UFS 1.1速度並不算塊，理論帶寬只有300MB/s。受成本和兼容性的限制，速度沒有明顯優勢的UFS 1.1沒有普及就銷聲匿跡了。JEDEC 發布了全新的USF 2.0標準，並出現了兩個版本，其中UFS 2.0 HS-G2的理論帶寬約為740MB/s，更快速的UFS 2.0 HS-G3理論帶寬達到了1.5GB/s，是目前最快的 eMMC 5.1的2.5倍。UFS採用的是串列介面，支持同時讀寫數據，在待機狀態下的功耗只有eMMC的一半左右。

2016年3月，JEDEC發布了UFS 2.1的快閃記憶體存儲標準。相比UFS 2.0，速度標準沒有任何變化，仍然為強制標準HS-G2，可選標準HS-G3。改進主要分為三部分：設備健康、性能優化和安全保護。對於快閃記憶體製造商而言，由於UFS 2.0已推出HS-G3對應的版本，UFS 2.1選用更低的標準不再有太多的意義。因此市面上UFS 2.1全部採用可選的HS-G3標準，即最高讀寫速率為1.5GB/s。

不同版本的eMMC和UFS協議對最高讀寫速率的影響十分明顯

NVMe

NVMe（NVM Express）本是為了SSD而生，用以替代SSD上的SATA介面。2015年，蘋果在iPhone 6s/iPhone 6s Plus上引入了MacBook上備受好評的NVMe協議，大容量版本更支持TLC/SLC混合緩存加速，讓iPhone上的NAND快閃記憶體獲得了媲美SSD的性能。和eMMC所用的SDIO介面不同，NVMe使用的是PCIe介面，這個PCIe並不是PC上的那個，而是基於MIPI M-PHY物理層的PCIe。相較傳統的SCSI介面協議，NVMe協議具有高效率、低負載的特性，因此性能更高而且低延時。

三種協議真實表現

在了解了手機快閃記憶體中三種協議的優缺點後，再來看看它們都出現在哪些機型中，實際體驗起來有什麼差別。

NVMe是蘋果為iPhone引入的，目前僅在iPhone 6s之後的機型中出現。很顯然，這是蘋果自己定製的技術，因為目前市面上沒有可用的方案。在同一款iPhone上，不同容量的版本雖然採用的都是NVMe傳輸協議，但也存在MLC和TLC顆粒混用的情況。

以iPhone 7 Plus為例，32GB版本使用的是MLC顆粒，128GB和256GB版本則是TLC顆粒。在大容量版本上，NVMe提供了TLC/SLC混合緩存加速，將部分TLC模擬為SLC緩存進行加速，就導致了「皇帝版」和「乞丐版」之間的讀寫速度有了明顯差異。通過PassMark測試分別測試iPhone 7 Plus 32GB、128GB和256GB版本的讀寫速度，32GB版本的讀取速度和寫入速度分別為691MB/s和39.6MB/s，256GB版本則達到了892MB/s和357MB/s。

憑藉著從MacBook中引入的NVMe快閃記憶體的優勢，蘋果iPhone 6s/iPhone 6s Plus的快閃記憶體讀寫速度在當時幾無對手。

好在iOS系統並不像Android那樣開放，在非破解狀態下既不可在手機上進行文件管理操作，連接電腦後也不能直接進行文件寫入操作，所以在一般情況下，「乞丐版」的寫入速度並沒有令人感覺到和「皇帝版」拉開了明顯差距。要知道，iPhone 7 Plus 128GB版本比32G版本貴了800元，這其中的差價已經足夠買一台千元機了。

而剛剛面世的iPhone 8 Plus也有256GB版本和64GB版本可選，希望這次的「乞丐版」不再使用MLC顆粒，讓購買的用戶少花點錢，同樣也能享受到「皇帝版」的待遇吧，畢竟和一台手機的使用周期相比，TLC的壽命已經夠長了，而讀寫速度則能夠明顯提升用戶體驗。

從iPhone 6s開始，蘋果在手機快閃記憶體上引入了NVMe協議（圖中紅色區域為快閃記憶體模塊）。

UFS常見於Android陣營的高端旗艦機型中，有UFS 2.0 HS-G3和UFS 3.0 HS-G3兩種。由於兩者的最高讀寫速度一致，實際表現也十分接近，消費者很容易混淆。以三星Galaxy S8使用的東芝UFS 2.0協議的快閃記憶體（型號THGBF7G9L4LBATR，MLC顆粒）為例，實測最高讀取速度為744.56MB/s，寫入速度155.84MB/s，與三星Galaxy S8+使用的東芝UFS2.1快閃記憶體（型號THGAF4G9N4LBAIR，MLC顆粒）在讀寫速率上沒有區別。然而，後者的順序讀取、順序寫入、隨機讀取、隨機寫入速度均比前者分別快40%、16%、120%、80%。在手機的日常操作中，我們恰恰需要大量讀寫小文件。隨機讀寫操作佔了絕大部分，而譬如拷貝高清電影的大文件讀寫操作反而很少。

除此之外，絕大多數的中低端手機還在使用著eMMC協議快閃記憶體，更低的成本、更大的產量以及夠用的性能讓它暫時還不會被淘汰，同時這些手機的快閃記憶體顆粒大多是價格相對便宜的TLC。通過AndroBench測試某款使用eMMC 5.1協議快閃記憶體的手機，其連續讀寫速度分別為226.51MB/s和87.8MB/s。

作為普通用戶，如果廠商沒有標明詳細規格，該如何去判斷它究竟用的是哪種協議呢？很簡單，只要安裝一個能夠讀取手機軟體系統底層信息的App—Android終端模擬器就行。安裝後輸入「ls /proc/fs/*」（不含引號）後回車，出現的信息裡面如果含有「sdd」，說明使用的是UFS快閃記憶體；出現的信息裡面有「mmcblk」，則是eMMC快閃記憶體。

讀寫速度的影響

1.多任務執行響應速度更快

NVMe、UFS有專門串列介面，讀寫操作同時進行；能夠動態調配隊列任務，無需等待上一進程結束。相反，eMMC的讀寫操作必須分開執行，指令也是打包的，在執行多任務時eMMC自然要慢一步。

2.遊戲載入速度更快

在預讀大型遊戲或大體積文件時，NVMe和UFS所需時間更短，載入一款遊戲所需要的時間約為eMMC 5.0的1/3，相應在體驗遊戲時延遲更低，畫面更流暢。比較明顯的一個例子，使用iPhone 6和iPhone 6s分別運行《極品飛車》系列遊戲，預讀賽道地圖時明顯前者載入耗時更長一些，這裡面除了不同處理器帶來的影響外，快閃記憶體的讀寫速度差距也是主因之一。

3.連拍的照片寫入更快

NVMe、UFS和eMMC體驗上的區別還在於連續拍照上，連續拍照時NVMe、UFS能讓照片寫入、合成更快，eMMC拍攝時從按下快門到存儲一張照片花費的時間更長，從而錯失了拍攝良機。同時，現在十分流行的雙攝手機在進行背景虛化或變焦拍攝時都有一個合成處理的過程，這個過程在高速快閃記憶體上進行時幾乎是沒有延遲的，而如果換到eMMC快閃記憶體上可能就會影響到用戶的拍攝體驗。

4.相冊縮略圖載入時間更短

當手機裝滿了幾百張甚至上千張照片後，打開相冊的圖片縮略圖就能很明顯地比較載入的過程，這就是手機在讀取快閃記憶體中的照片時跟不上刷新的速度造成的。優秀的手機屏幕時畫面會隨著滑動流暢載入，而差一點的手機就會有明顯延遲甚至卡頓。

5.速度快了功耗也更低

NVMe、UFS快閃記憶體在相同的任務面前所花費的時間更短，更高的效率就意味著更低功耗。同時工作的時候UFS的功耗要比eMMC低出10%，日常工作中約能省35%的功耗。

總結

從近兩年的手機快閃記憶體市場來看，UFS已經憑藉不錯的性能表現和尚可接受的價格，成為了旗艦機型的最佳選擇，特別是已經曝光的UFS 3.0，理論最高讀取速度對比前代暴漲1倍，達到了2400MB/s，是eMMC 5.1的6倍，十分讓人期待。NMVe協議目前還只是出現在iPhone產品上，但性能已經得到了大家的肯定。反觀eMMC已經出現後勁乏力的問題，即便eMMC 5.2的產品在不久將來出現，也無法突破並行介面瓶頸做出重大的提升。

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！

本站內容充實豐富，博大精深，小編精選每日熱門資訊，隨時更新，點擊「搶先收到最新資訊」瀏覽吧！

請您繼續閱讀更多來自 微型計算機 的精彩文章: