Что такое ufs память
Если основные названия чипсетов, как правило, на слуху, то на тип памяти мало кто вообще обращает внимание. Вместе с тем это важный параметр при выборе, например, игровых гаджетов. Память напрямую влияет на комфорт использования смартфона и его производительность. В статье мы расскажем, какая память бывает в карманных устройствах и на что обращать внимание при выборе.
В современных смартфонах есть три типа памяти: оперативная, внутренняя и внешняя. Но если характеристики карт памяти вы легко можете узнать при покупке, то типы ОЗУ и ПЗУ производители гаджетов зачастую не указывают. Чаще всего так происходит, когда компания использует медленную память и ей нечем похвастать — это должно стать первым звоночком при выборе устройства.
Оперативная память (RAM/ОЗУ)
С оперативной памятью в смартфонах всё сравнительно просто: во всех современных гаджетах используется технология LPDDR — модификация используемой на обычных ПК технологии DDR. Приставка LP (Low Power) означает низкое энергопотребление, которое достигается, в основном, за счёт снижения рабочего напряжения и пропускной способности.
В современных смартфонах встречается память LPDDR трёх поколений:
- LPDDR3 — пропускная способность до 2133 Мбит/с, частота до 933 МГц, напряжение 1,2 В;
- LPDDR4 — пропускная способность до 3200 Мбит/с, частота до 1600 МГц, напряжение 1,1 В;
- LPDDR4x — пропускная способность до 4266 Мбит/с, частота до 1600 МГц, напряжение 0,6 В.
Стандарт LPDDR3 к настоящему времени уже считается устаревшим, хотя всё ещё используется в бюджетных гаджетах. Память типа LPDDR4 ставится в топовые устройства, а также в смартфоны средней ценовой категории. Существует и более современный тип LPDDR4x с повышенной пропускной способностью и пониженным энергопотреблением. Именно LPDDR4x стоит отдать предпочтение, если вы хотите приобрести флагман.
Современная мобильная оперативка очень быстра, но всё-таки недостаточно для некоторых задач. Например, для съёмки видео на скорости порядка 1000 fps: такой возможностью могут похвастать Sony Xperia XZ, Samsung Galaxy S9 и Huawei P20 Pro. Чтобы съёмка такого видео стала возможной, производителям пришлось пойти на технические ухищрения и встроить DRAM-слой (Dynamic RAM или динамическое ОЗУ) прямо в CMOS-сенсор камеры. Благодаря такому решению, сверхскоростные записи сначала сохраняются в DRAM-слое, и только потом постепенно обрабатываются процессором.
У флагмана Sony объём такой памяти составляет 1 Гбит, а у Samsung — 2 Гбит. Это накладывает ограничения на максимальную длительность сверхскоростной съёмки, которая равна 0,182 секунды у Xperia XZ и 0,2 секунды у Galaxy S9.
А не замахнуться ли нам на SSD в мобильнике?
Если Samsung «переизобретает» улучшенный вариант MMC, а консервативные производители отвечают «мы и со старым ещё повоюем!», то Apple, по сути, выступает за интеграцию в смартфон привычной нам по новейшим SSD памяти при помощи кастомной реализации PCI-e и протокола NVMe!
Энтузиаст разработал драйвер и картридер для чипы NVMe из iPhone 6s (Осторожно! Все права защищены, и тому подобное)
Сказать, что Apple установил SSD в смартфон, было бы слишком громким заявлением (всё-таки, внутри iPhone нетипичная реализация твердотельных накопителей), но среди всех распространённых вариантов накопителей в мобильниках этот ближе всех к тому, что мы наблюдаем в ПК и ноутбуках.
Впервые такой накопитель Apple применила в iPhone 6s и 6s Plus без особого пиара такого подхода, поэтому разрыв порядка 35-37% в сравнении с UFS 2.0 и одним из быстрейших в плане памяти Samsung Galaxy S6 был практически сенсационным.
… хотя в случайных операциях отнюдь не блистал
Но ведь об этом никто не писал, верно? Поэтому, вы будете смеяться, но ратующий за высокую производительность накопителей Samsung не стал модернизировать встроенную память в Galaxy S7, а Apple посчитали революцию в iPhone 6s достаточной, поэтому с точки зрения быстродействия воз и ныне там — айфон с его «микро-SSD» второй год подряд остаётся смартфоном с самой быстрой подсистемой памяти.
Солидные цифры в последовательных операциях на накопителях смартфонов радуют глаз, но на деле пользователю мобильника неоткуда взять и начать качать/загружать данные на гигабитной скорости.
Гораздо важнее время отклика, скорость запуска компактных приложений, надёжность (чтобы не «ой, зависла, нужно подождать) и скоростные характеристики, которых хватит для записи сверхчёткого видео в современных камерах. Под такие задачи сегодня проектируются карты памяти microSD стандарта UHS-I Speed Class 3. Например, карты памяти Kingston SDCA3 не «захлебнутся» даже в записи потокового видео при битрейте свыше 500 Мбит/с, да и штамповать фотографии в RAW можно десятками штук. В смартфонах скоростного потенциала карты хватает с внушительным запасом — накопитель по-настоящему «хардкорен».
Kingston SDCA3 — новейшая карта памяти стандарта UHS-I Speed Class 3
Чуть менее агрессивная по скоростным характеристикам, но тоже современная модель — карта SDCG Kingston Gold UHS-I Speed Class 3. Её главная суперспособность — быть достаточно быстрой для записи 4K-видео и сохранять информацию в ситуациях, когда «ой, кажется моя камера/смартфон всё». Золотая серия Kingston не столь быстрая в экстремальной нагрузке, как SDCA3, но даже она в 4,5 раза проворнее карт памяти стандарта Class 10.
Kingston Gold UHS-I Speed Class 3 — устойчивая к внешним воздействиям карта с быстродействием для записи 4K-видео
Внутренняя память (ROM/ПЗУ)
Наиболее распространённый тип внутренней памяти в современных смартфонах — недорогой eMMC, взросший на базе карт памяти MMC, совместимых, в свою очередь, со стандартом SD. Иными словами, eMMC — это распаянная на материнской плате смартфона карта памяти.
Стандарт eMMC существует в огромном количестве версий, вот наиболее актуальные из них:
- eMMC 4.5 — 2011 год, пропускная способность до 200 МБ/с, скорость записи до 60 МБ/с;
- eMMC 5.0 — 2013 год, пропускная способность до 400 МБ/с, скорость записи до 90 МБ/с;
- eMMC 5.1 — 2015 год, пропускная способность до 600 МБ/с, скорость записи до 125 МБ/с.
В конце прошлого года ожидался анонс версии eMMC 5.2, но этого всё ещё не случилось.
Главным конкурентом eMMC выступает технология UFS, разработанная компанией Samsung. В отличие от технологии eMMC, которая не что иное, как модификация карт памяти, стандарт UFS изначально разрабатывался для создания быстрой внутренней памяти. В результате, UFS имеет не только большую пропускную способность по сравнению с eMMC, но и в два раза более низкое энергопотребление.
К настоящему времени выпущены спецификации трёх мажорных версий стандарта UFS:
- UFS 1.0 — 2011 год, пропускная способность до 300 МБ/с;
- UFS 2.0 — 2013 год, пропускная способность до 1200 МБ/с;
- UFS 3.0 — 2018 год, пропускная способность до 2900 МБ/с.
Говоря о поколениях UFS, стоит отметить ещё два важных момента. Первый — версии стандарта UFS 2.0 и UFS 2.1 немного отличаются между собой техническими деталями, но не скоростными характеристиками. Если же в бенчмарках и будет видна какая-то разница, то связана она может быть только с использованием более совершенных чипов, но не с версией спецификации. Второй — UFS 2.0/2.1 и UFS 3.0 поддерживают двухполосный режим (2-lane или dual lane), который удваивает максимальную пропускную способность интерфейса благодаря использованию двух каналов для чтения и двух каналов для записи информации. Смартфонов с двухполосной памятью UFS 2.1 сейчас выпущено немного, среди них — OnePlus 5, Samsung Galaxy S9 и Xiaomi Mi 6. Именно сверхбыстрая память помогает этим гаджетам вырываться на первые строчки в бенчмарках при сравнении с другими гаджетами на тех же чипсетах, хотя в реальной жизни разница с однополосной памятью едва ли будет заметна.
Спецификация UFS определяет только максимальную пропускную способность памяти, но не фактическую скорость чтения и записи на реальных устройствах. Поэтому, единственный способ узнать эти показатели — практические испытания. Исходя из результатов тестирования Huawei P10, UFS 2.1 может обеспечить фактическую скорость последовательной записи до 150 МБ/с, а последовательного чтения — до 750 МБ/с. У eMMC 5.1 те же показатели составляют всего 100 и 280 МБ/с для записи и чтения соответственно.
Слева направо: UFS 2.1, UFS 2.0, eMMC 5.1
Также стоит помнить, что скорость случайной записи и чтения для обоих типов памяти будет слишком сильно отличаться от последовательных скоростей и зависеть от различных факторов. Поэтому, её принято измерять не в МБ/с, а в количестве операций ввода-вывода в секунду (IOPS). UFS 2.0 имеет фактическую производительность 18000 IOPS при чтении и 7000 IOPS при записи, а eMMC 5.0 — 7000 IOPS при чтении и 3000 IOPS при записи. Отметим, что использование памяти в режиме последовательного чтения/записи характерно для съёмки видео или просмотра фильмов, а в случайном режиме — для повседневного использования гаджета.
eMMC и UFS поделили мобильную память между собой почти везде, за исключением iPhone и iPad. Как всегда, компания Apple пошла своим путём и, начиная с iPhone 6S, использует в своих гаджетах накопители типа NVMe. И протокол NVMe, и шина PCIe, поверх которой он работает, в «яблочных» гаджетах кастомные, поэтому называть накопитель внутри новых iPhone словом SSD не совсем честно. Хотя, такие детали мало кого волнуют, и именно Apple первой приблизилась к внедрению полноценного SSD в карманные гаджеты.
Apple никогда не раскрывает полных спецификаций своих компонентов, поэтому о скорости NVMe SSD внутри iPhone можно судить только по измеренной сторонними программами скорости. А она в iPhone 8 и iPhone X достигает, не много не мало, 1250 МБ/с на чтение и 350 МБ/с на запись. Для сравнения, у Galaxy S8 с памятью UFS 2.1 эти показатели составляют 800 и 200 МБ/с соответственно.
Сравнение скорости последовательного чтения из памяти iPhone 6S с другими смартфонами
Учитывая анонс спецификации UFS 3.0 в начале этого года, Samsung, главный двигатель прогресса в мире Android, едва ли последует примеру Apple и станет внедрять в свои гаджеты SSD. С другой стороны, даже память UFS 2.1 достаточно быстра для любых сценариев использования смартфонов (включая запись Ultra HD видео на скорости 60 fps), а Apple просто обеспечила себе запас производительности памяти на несколько лет вперёд. Так что при выборе Android-смартфона стоит обращать внимание на наличие памяти типа UFS 2.0 или UFS 2.1, а если хотите — можете дождаться устройств с UFS 3.0. Вполне возможно, что одним из первых таких гаджетов станет Galaxy Note 9 или Galaxy S10.
eMMC — интегрированная «флэшка» в мультимедийных мобильниках
Отказ от съёмных накопителей в смартфонах, не будем лукавить, спровоцировал iPhone в 2007 году, а техническая реализация для производителей устройств «подъехала» из комитета стандартизации JEDEC в виде модулей eMMC.
Сферический eMMC-чип в упаковке: Kingston KE4CN2H5A, 4 Гбайт, 153-Pin, BGA
Что такое eMMC? Интегрированная мультимедиа карта (Embedded Multimedia Card). Разрабатывалась для мобильников, планшетов, навигаторов, автомобильных мультимедиа-систем и другой потребительской электроники. Дебют чипов eMMC пришёлся на 2008 год и совпал с периодом, когда производители электроники вынесли своё решение в так называемой «битвой форматов». За внимание вендоров боролись два варианта подсистемы памяти в мобильных устройствах:
• NOR-флэш память для хранения и SRAM/PSRAM в роли ОЗУ. За такую комбинацию выступали Intel и Spansion (ныне — Cypress Semiconductor). Накопитель в такой конструкции представлял собой MCP-чип, такого вида конструкция была наиболее распространена в эпоху кнопочных смартфонов.
«Олдскульная» комбинация была мила производителям гаджетов умеренным энергопотреблением и более высокой производительностью в операциях на чтение данных.
• NAND-флэш память и SDRAM ОЗУ была новомодной конструкцией, за распространение которой выступал огромный альянс, в котором главными идеологами были Samsung и Toshiba. Такое сочетание компонентов негативно сказывалось на автономности мобильных устройств, зато производительность оперативной памяти и дешевизна (уже тогда) NAND сделали своё дело — мобильники нуждались в собственных накопителях не только для служебных нужд, а NAND уже на раннем этапе своего внедрения в гаджеты обходилась вендорам на треть дешевле, чем NOR.
Принцип работы eMMC в сравнении с типичными флэш-накопителями
Наибольшее распространение получил второй вариант, поэтому типичный накопитель eMMC представлял собой чип на базе NAND-памяти + интегрированный контроллер с поддержкой коррекции ошибок (ECC). Таким образом, производители мобильной техники заполучили ёмкую и недорогую реализацию подсистемы памяти, минуя неуклюжие (как для телефонов) жёсткие диски.
Заключение
Надеемся, что наша справка поможет вам разобраться в технологиях мобильной памяти. Конечно, при выборе гаджета в ценовой категории 10–20 тысяч рублей придирки будут излишни, но, согласитесь, было бы обидно получить в дорогом флагмане память устаревшего типа. Наиболее современной комбинацией технологий ОЗУ и ПЗУ на данный момент можно считать LPDDR4x и UFS 2.1 соответственно, но LPDDR4 и UFS 2.0 не слишком им уступают и также заслуживают внимания.
Напишите в комментариях, обращаете ли вы внимание на используемые технологии памяти при выборе смартфона, или другие компоненты смартфона имеют для вас большее значение?
Apple мало что рассказывает нам про внутренности своих девайсов. Как будто скрывает от нас страшную тайну!
Например, знали ли вы что в iPhone и в Android используется совершенно разный тип флеш-памяти? NVMe в iPhone и UFS в Android.
Может в этом секрет скорости девайсов Apple? Сегодня разберемся в том, как устроена флеш-память. Узнаем, чем отличаются стандарты памяти? И главное — сравним, кто всё-таки быстрее Android или iPhone! Такой информации больше нигде не найдете. Так что, читайте и смотрите до конца!
Флеш-память
Начнём с того что на флешках, картах памяти, в смартфонах и SSD-дисках — везде используют один тот же тип памяти — флеш-память. Это современная технология, пришедшая на смену магнитным носителям информации, то есть жестким дискам.
У флеш-памяти куча преимуществ. Она энергоэффективная, дешевая, прочная и безумно компактная. На чипе размером с монетку помещается до терабайта данных!
Но как удаётся хранить такие огромные объемы информации при таких крошечных размерах?
Как работает флеш-память?
Давайте разберемся как устроена флеш-память.
Базовая единица современной флэш-памяти — это CTF-ячейка. Расшифровывается как Charge Trap Flash memory cell, то есть Память с Ловушкой Заряда. И это не какая-то образная ловушка а самая настоящая.
Эта ячейка способна запирать электроны внутри себя и хранить их годами! Примерно как ловушка из фильма «Охотники за привидениями». Так что даже если ваш SSD-диск ни к чему не подключен и просто так лежит в тумбочке, знайте — он полон энергии.
Наличие или отсутствие заряда в ячейке компьютер интерпретирует как нули и единицы. В общем-то как и всё в мире технологий.
Таких ячеек много и они стоят друг над другом. Поэтому такая компоновка ячеек называется Vertical NAND или VNAND. Она крайне эффективна и очень интересно организована.
Многоэтажная память
Небольшая аналогия. Представьте, что память — это огромный многоэтажный жилой комплекс, в котором каждая квартира — это ячейка памяти.
Так вот, в одном доме этого ЖК всегда 6 подъездов, на каждом этаже одного подъезда размещается 32 квартиры, т.е. ячейки памяти. А этажей в таком доме может быть аж 136 штук, но только если это самый современный дом. Такой дом с шестью подъездами называется блоком памяти.
К чему я это всё? NAND память организована так, что она не может просто считать и записывать данные в какую-то конкретную ячейку, ну или квартиру. Она сразу считывает или перезаписывает весь подъезд!
А если нужно что-то удалить, то стирается сразу целый дом, то есть блок памяти. Даже если вы просто решили выкинуть ковер в одной квартире — не важно. Весь дом под снос!
Поэтому прежде чем удалить что-либо приходится сначала скопировать всю информацию в соседний блок.
А если памяти на диске осталось мало, меньше 30% от общего объема, то скорость работы такого диска сильно замедляется. Просто потому, что приходится искать свободный блок- место для копирования.
Так что следите за тем, чтобы память на телефоне или SSD-диске были заполнены не более чем на 70%! Иначе всё будет тупить.
Кстати, по этой же причине стирание информации потребляет намного больше энергии, чем чтение и запись. Поэтому хотите сэкономить заряд, поменьше удаляйте файлы!
Напомню, что в жестких дисках, которые HDD, другая проблема. Там информация считывается по одной ячейке. Жесткий диск вращается, а считывающая головка ездит туда-сюда по всей поверхности диска. И, если файлы разбиты на фрагменты, хранящиеся в разных концах диска — скорость падает. Поэтому, для HDD полезна дефрагментация.
Что такое спецификация?
Но вернёмся к флеш-памяти. Естественно сам по себе чип с памятью бесполезен потому как всей этой сложной структурой нужно как-то управлять. Поэтому существуют целые технологические стеки, которые всё разруливают. Их называют стандартами или спецификациями.
Есть чип с флеш-памятью, как правило это NAND память. Там хранятся данные.
А есть спецификация — это целый набор технологий вокруг чипа, программных и аппаратных, которые обеспечивают взаимодействия с памятью. Чем умнее спецификация, тем быстрее работает память.
Так какие же спецификации используются в наших смартфонах и какая из них самая умная? Давайте разберёмся.
Выход первого iPhone в 2007 году спровоцировал постепенный отказ от карт памяти. Появилась потребность в новом стандарте недорогой флеш-памяти для мобильных устройств. Так появился eMMC, что значит встроенная Мультимедиа карта или Embedded Multimedia Card. То есть прям как eSIM (Embedded SIM).
Стандарт eMMС постепенно обновлялся и его скорости росли. И eMMC до сих пор используется в большинстве смартфонов, но данный стандарт явно не рекордсмен по скорости и сильно проигрывает тем же SSD дискам.
Тогда в 2014 году появился новый стандарт с нескромным названием Universal Flash Storage или UFS! Новый стандарт был во всём лучше eMMC.
Во-первых, в UFS последовательный интерфейс. А это значит, что можно одновременно и записывать и считывать. eMMC мог делать только что-то одно. Поэтому UFS работает быстрее!
Во-вторых, он в два раза более энергоэффективный в простое.
Эффективнее работает с файлом подкачки когда ОЗУ забита. И еще, существуют UFS карты памяти, которые могут быть бесшовно интегрированы во внутреннем хранилище! Это же полноценная модульная память!
Кстати, по этой причине, внутреннюю память телефона правильнее называть eUFS. Embedded, ну вы помните.
UFS вышел сразу же в версии 2.0 в 2015 году, а первым телефоном с этим стандартом стал Samsung Galaxy S6. Samsung так гордились скоростью памяти, что даже выкинули слот microSD из Galaxy S6. Казалось бы, судьба стандартов флеш-памяти предрешена — вот он новый король. Новый USB мира флеш-памяти.
Но внезапно выходит iPhone 6s и мы видим это!
Что? Как такое возможно? Что за чудо память в этих iPhone? Похоже, Apple пошли какой-то своей дорожкой. Если стандарты eMMC и UFS — наследники каких-то там детских карт памяти, то память в iPhone — прямой наследник взрослых SSD-дисков. Потому как в iPhone используется спецификация памяти NVMe. Такая же память используется в компах и ноутбуках.
Название NVMe довольно сложно расшифровывается - NVM Express (NVMe, NVMHCI — от англ. Non-Volatile Memory Host Controller Interface Specification).
Но ключевое слово в названии Express! Почему?
Спецификация NVMe специально разрабатывалась для SSD-дисков с памятью NAND, подключенных по шине PCI Express.
NVMe создавался с нуля как новый способ эффективной работы с SSD-дисками. Из него убрали всё лишнее и сосредоточились на скорости.
Поэтому, благодаря короткому технологическому стеку, NVMe имеет большое преимущество при случайной записи и чтении блоков над остальными стандартами.
Это свойство особенно полезно для работы операционной системы, которая постоянно считывает и генерит кучу маленьких файлов размером по 4 КБ. Случайное чтение и запись NVMe — это то, что делает iPhone таким быстрым.
Но, естественно, Apple не могли просто запихнуть целый SSD в смартфон. Они модифицировали протокол NVMe и разработали свой кастомный PCI-E контроллер.
Поэтому, то что стоит в iPhone — решение абсолютно уникальное и в своё время было революционным. А они об этом даже ничего не сказали! Как всегда делает Apple.
Такая же история с MacBook. Apple первыми отказались от HDD. И они всегда ставят самую быструю память в ноуты. Во многом поэтому, даже на более слабом железе Mac ощущаются быстрее Windows-ноутбуков.
Тесты
Но вернёмся к смартфонам. Мы выяснили, что Android используют UFS-память, а Айфоны NVMe. Но проблема в том, что сложно сказать какая память действительно быстрее.
Скажем так есть, крутое сравнение от компании Micron. На базе кастомного Android девайса они сравнили NVMe и UFS 2.1 и получили преимущество NVMe по всем показателям! Вот такие:
- Последовательная запись > 28%
- Последовательное чтение > 15% быстрее при последовательном чтении.
- IOPS (случайная запись и чтение) > 30%
CPDT Бенчмарк
Но кому это интересно? Сейчас много где есть UFS 3.0, а в Redmi K30 Pro вообще UFS 3.1.
Только посмотрите UFS 3.1 быстрее UFS 2.0 по разным показателям вплоть до 8 раз. Вот с чем надо сравнивать!
UFS 2.0 vs UFS 3.1
- Последовательное чтение — 6X
- Последовательная запись — 8X
- Случайное чтение — 5.3X
- Случайная запись — 5X
Значит надо просто скачать одинаковый тест под iPhone и Android, и готово! Мы узнаем — кто чемпион. Только знаете что? Нет такого теста! Поверьте мы искали. Есть спорные тесты с непонятной методологией (PerfomanceTest), но приличного ничего нет.
Кроме… Вот этого чудесного теста: Cross Platform Disk Test. Работает на всех платформах, подробно описана методология тестирования. И даже есть результаты тестов некоторых iPhone:
Но вот незадача, версия приложения для iOS так и не была выпущена.
Но мы не отчаялись! Как выяснилось, разработчика зовут Максим, он из Минска. Поэтому мы с ним связались и Макс любезно предоставил нам девелопер версию приложения под iOS.
Поэтому сегодня мы наверняка узнаем где всё-таки быстрее память: На самых последних iPhone или на самых крутых Android-смартфонах:
- iPhone 11 Pro — NVMe
- Oneplus 8 Pro — UFS 3.0
- Redmi K 30 Pro — UFS 3.1
- и Macbook Pro 16 — NVMe
В итоге побеждает дружба, в последовательной записи вроде бы все очень неплохо у Apple, но по произвольной они подчистую сливают Android-смартфонам. В копировании — буквальное равенство результатов. При этом заметьте, что Poco F2 Pro с UFS 3.1 показал себя в тестах никак и проиграл и Sony Xperia 1 II, и OnePlus 8 Pro. Возможно решает не только это! А вот в сравнении с «взрослым» NVMe в ноутбуках мобильный NVMe в 3-4 раза медленнее и это конечно не радует. С другой стороны это значит, что смартфонам есть куда расти!
Еще раз хотим поблагодарить Максима за помощь и инструкции! Помните, тест не из лёгких, поэтому если у вас будет вылетать не ругайтесь!
Привет, Гиктаймс! В последние годы производители гаджетов считают, что хороший смартфон — монолитный смартфон. Аккумуляторы перестали быть съёмными, привычные SIM-карты, в их классическом понимании, тоже могут кануть в небытие, а взамен старой доброй microSD производители активно «педалируют» развитие встроенных в смартфоны накопителей. Действительно ли «приколоченные гвоздями» гигабайты настолько быстрые, выгодные и надёжные, или перед нами всего лишь новый виток на пути к «одноразовым» гаджетам?
Карты памяти соседствовали с умными телефонами ещё с «доисторических» врёмён. Первый в мире смартфон, IBM Simon, ещё в 1994 году довольствовался 1 Мбайт на внутреннем накопителе, но поддерживал подключение накопителей объёмом до 1,8 Мбайт при помощи интерфейса PCMCIA. И Nokia 9000 Communicator, которая появилась двумя годами позже, тоже могла похвастать слотом MMC.
После этого годы напролет слот MMC/RS-MMC/Memory Stick/SD/miniSD/microSD стал постоянным спутником мобильных телефонов. Исключение составляли только модели с огромным, монструозным объёмом памяти, которое выделялись на фоне конкурентов, как нынешние мобильники с 256 Гбайт на борту по соседству с обычным стиральным порошком смартфоном.
О чудесных отговорках производителей, которые ампутировали слот microSD в смартфонах, и «подвальном» способе нарастить память мы уже говорили ранее, а сегодня нам предстоит разобраться, является ли внутренний накопитель чем-то большим, чем «флэшкой наизнанку», и что он собой представляет в сравнении с microSD такого же периода выпуска.
Внешняя память (microSD)
Вместо процветавшего ранее зоопарка форматов карт памяти, вплоть до экзотических микродрайвов для слота CF, на смартфонах уже долгое время безраздельно властвует microSD. О том, как правильно выбрать карту памяти для смартфона, мы написали целую статью, а здесь лишь кратко повторим основные советы.
Скорость карт памяти microSD обычно указывается в двух основных градациях: класса скорости и класса скорости UHS. Класс скорости обозначается на картах памяти числом внутри буквы «С», которое соответствует минимальной скорости последовательной записи данных. Всего существует пять классов скорости с чётными индексами, от Class 2 до Class 10. Последний соответствует скорости записи 10 МБ/с. Класс скорости UHS используется в картах памяти с поддержкой шины UHS, обозначается числом внутри буквы «U». Сейчас стандарт предусматривает два таких класса, U1 с максимальной скоростью записи 10 МБ/с и U3 с максимальной скоростью 30 МБ/с.
Даже если вы планируете записывать видео в разрешении Ultra HD, вам вполне хватит самого распространённого на данный момент типа скорости карты памяти — U1. А вот старые карты с обозначениями Class 6 и Class 8, не говоря уже о более медленных, вставлять в современные смартфоны не стоит: они будут ощутимо замедлять работу гаджета.
Начиная с Android 6.0 Marshmallow в операционной системе появилась возможность объединить внутреннюю и внешнюю память с помощью функции Adoptable Storage. При её включении, карта памяти форматируется и логически становится одним целым с внутренней памятью гаджета.
После активации функции система сама будет решать, где хранить те или иные файлы, включая установленные приложения и фотографии с камеры. Есть у такого решения и минусы: карта памяти окажется «привязана» к конкретному смартфону до следующего форматирования, а аппаратный сброс устройства удалит данные и на ней. Для правильной работы Adoptable Storage карта памяти должна иметь высокий класс скорости (желательно U1). В противном случае смартфон предупредит вас о возможном падении производительности после объединения разделов.
Ряд производителей, включая Samsung и Sony, блокирует эту функцию на своих гаджетах из-за возможных проблем совместимости с фирменным ПО. Вернуть Adoptable Storage можно, как правило, неофициальными способами и окольными путями (с помощью adb или имея root-доступ), но гарантировать правильную работу этой функции не сможет никто.
Так может ну их, эти карты памяти?
В идеальном мире, о котором любят рассказывать Apple и Google, владелец смартфона путешествует между точками доступа Wi-Fi с безупречной скоростью и по территории с необычайно качественной, не перегруженной связью стандарта LTE-Advanced. Причём делает это с безлимитным тарифным планом (ха-ха-ха!), посредством которого 4K-видео, фильмы в разрешении Full HD и гигабайты игр равномерно размазываются по накопителям ёмкостью 64 Гбайт или чуть менее того. Реальность настолько прозаичнее, что лучше не будем расписывать её в подробностях — мечтатели будут огорчены.
Не стоит забывать и о том, что мобильные системы на чипе перешли на техпроцесс 10 нм FinFET, а это значит, что дальнейшее развитие технорм будет проходить мучительно долго. То есть, процессоры в смартфонах будут развиваться менее интенсивно, как это уже происходит в десктопах. И, если покупатели смартфонов будут реже менять их на новые модели, накопители станут «бутылочным» горлышком для обладателей смартфонов без слота microSD.
А ещё покупка карты памяти высокой ёмкости по-прежнему обходится выгоднее, чем пара лет оплаты облачного хранилища (для доступа к которому требуется соответствующее качество интернета). Тем более, что надёжность современных «флэшек» поможет спасти все необходимые данные, когда смартфон умер и не успел синхронизироваться с онлайн-накопителем.
Пусть в вашей жизни всегда будет эффективный «план Б» даже в самых неприятных ситуациях, а дорогие сердцу данные никогда не теряются! Ведь только в них и дорогих нам людях запечатлены детали повседневной жизни, о которых мы с теплотой будем вспоминать десятилетия спустя.
Подписывайтесь и оставайтесь с нами — будет интересно!
Для получения дополнительной информации о продукции Kingston и HyperX обращайтесь на официальный сайт компании. В выборе своего комплекта HyperX поможет страничка с наглядным пособием.
UFS-карта от Samsung минимального объема
На прошлой неделе корпорация Samsung Electronics выпустила первые в мире карты памяти стандарта UFS 1.0 (JEDEC Universal Flash Storage 1.0 Card Extension Standard). Модельный ряд включает карты объемом в 32, 64, 128 и 256 ГБ.
Разработка UFS-памяти началась в 2013 году с принятия Объединенным комитетом инженерии электронных устройств (JEDEC) стандарта Universal Flash Storage 2.0 (в апреле Комитет JEDEC сообщил об обновлении стандарта до версии UFS 2.1). В 2016 году был принят стандарт JEDEC Universal Flash Storage 1.0 Card Extension Standard, обеспечивающий возможность разработки новых карт памяти.
В ближайшее время ряд производителей оборудования представит устройства с поддержкой UFS-стандарта. В первую очередь, это action-камеры, смартфоны, дроны, фототехника. Samsung уже начал внедрять UFS-память в свои устройства: в смартфонах Galaxy S6 и S6 Edge основная память — UFS. Предложенную спецификацию, кроме Samsung, поддержали Nokia, Texas Instruments, STMicroelectronics и Micron Technology. В чем преимущество нового стандарта над старым? Давайте разберемся.
Новейшее время. UFS, NVMe и другие способы «наваливать» сверхбыстрые накопители в телефоны
В поздних ревизиях eMMC (5.0 в 2013 году и 5.1 в 2015 году) JEDEC в кои-то веки не просто «надули» линейную скорость чтения и записи, но и внедрили многопоточный протокол обработки команд — задержки в операциях с произвольным доступом к информации стали ниже. Также появился сбор статистики о здоровье накопители (до этого по-настоящему толковой системы диагностики в eMMC попросту не было), функция безопасного ухода в сон и возможность обновления прошивки на работающем устройстве (пригождается в устройствах промышленного класса).
И всё же гораздо более громким событием стал дебют стандарта UFS. Его разработка началась в 2011 году, но разрабатывали его «в муках», поэтому распространение получили лишь устройства на базе поздних (2013 год) вариантов UFS 2.0 и 2.1. В частности, накопитель стандарта UFS 2.0 и память LPDDR4 впервые получил смартфон Samsung Galaxy S6. Корейский производитель даже пошёл на риск и отказался от слота для microSD, чтобы обратить внимание покупателей на быстродействие нового типа памяти. Как показала практика, такой ход был ошибочным, поэтому в новом поколении Galaxy S Самсунг вернул возможность установки карт памяти.
Карты памяти UFS придут на смену microSD… наверное
В силу многих причин UFS выглядит наиболее вероятным преемником современных разновидностей Embedded Multimedia Card:
• последовательный интерфейс (UFS) намного предпочтительнее параллельного (eMMC) с точки зрения производительности
• энергопотребление в простое почти в 2 раза ниже, чем в вариантах на базе MMC
• возможность разработки карт памяти и бесшовной интеграции с внутреннем накопителем смартфонов
• эффективный swap в случае, когда ОЗУ мобильного устройства набита битком
Сегодня за внедрение нового стандарта памяти выступают Samsung, Nokia, Texas Instruments, STMicroelectronics и Micron Technology. Но реализовать новый стандарт в серийных устройствах — дорогое удовольствие, тем более, что ни о какой обратной совместимости с microSD речи не идёт.
Второе поколение накопителей UFS должно было перевернуть рынок накопителей в мобильной технике, однако его внедрение отложили на неопределённый срок
Большинство производителей придерживаются консервативных взглядов и предпочитают более распространённый, хотя и менее производительный вариант с eMMC 5.1. Раньше 2018 года ожидать серийных устройств со сменными накопителями стандарта UFS вряд ли стоит.
Есть ли в такой ситуации производитель с третьей точкой зрения? Есть, и вы с одного раза угадаете, кто норовит, так сказать, «Think different» вопреки всем конкурентам.
Унификация памяти для приложений
Появление мобильных устройств, где внутренняя и дополнительная память относится к одному стандарту, облегчит жизнь разработчикам мобильных приложений. Сейчас некоторые компании и индивидуальные разработчики не разрешают или усложняют процесс установки своих приложений на карты памяти. Все дело в производительности стандарта microSD, которая негативным образом сказывается на производительности приложения.
Во многих современных гаджетах внутренняя память относится к стандарту eMMC, а дополнительная — к стандарту microSD. Изначально интерфейс UFS предложен как замена морально устаревшему интерфейсу eMMC. Этот интерфейс несколько лет использовался для подключения встроенной памяти к чипам мобильных устройств. eMMC — параллельный интерфейс, интерфейс UFS последовательный. Такие изменения позволяют не только снизить энергопотребление, но и упростить разводку на плат. Для передачи данных допустимо использовать только одну линию. Производительность приложений на новых мобильных устройствах с унифицированной памятью должна быть выше.
Такая функция, как Unified Memory Extension позволяет особенно емким приложениям использовать UFS карту памяти устройства в ситуациях, когда ОЗУ исчерпана. Пока что неясно, будет ли использоваться эта функция в Android OS, но сама идея хороша.
Сразу внедрить новый стандарт не получится, поскольку расположение контактов у microSD и UFS карт разное. Электрическим интерфейсом для UFS является стандарт M-PHY, опубликованный MIPI Alliance. Это значит, что в слот для microSD карт нельзя вставить UFS карту и наоборот. Поэтому производителям мобильных устройств придется наладить выпуск гаджетов с поддержкой UFS-стандарта. А на это требуется время. Корпорация Samsung, вероятнее всего, добавит поддержку новых карт в новых моделях своих смартфонов. Полномасштабный выход на рынок UFS гаджетов и самих карт памяти должен произойти где-то между 2017 и 2018 годами.
UPD. Сегодня корпорация Samsung сообщила о новой разработке — универсальном слоте для карт памяти формата UFS и microSD. Ранее в комментариях многие пользователи сетовали на то, что новый формат несовместим со старым, а в новых телефонах нельзя будет читать карты microSD. Компания решила эту проблему.
В новых устройствах Samsung, включая планшеты, телефоны, ноутбуки, будут установлены эти универсальные слоты. Обратной совместимости карт по-прежнему нет, так что старые устройства с microSD слотом карты формата UFS нельзя будет считать. Вероятно, первым устройством со слотом нового типа будет Galaxy Note 7.
Если разработку компании примут на вооружение производители электронных устройств, то проблемы совместимости не будет. Пока что говорить о скором выходе microSD из оборота нельзя. Карты памяти этого формата продаются повсюду, их тысячи на руках у пользователей. Кроме того, практически все современные устройства поддерживают этот формат, так что можно, например, вынуть microSD из телефона и вставить в планшет, не задумываясь о совместимости обеих гаджетов.
В любом случае, сокет, способный работать с различными форматами — это хорошая идея.
UFS (Universal Flash Storage) — новая спецификация флэш-памяти (SD карты, микросхемы BGA и др.), появившийся в 2011 году. Первое широкое использование микросхемы памяти в корпусе BGA получили в смартфонах компании Samsung S6, S6 edge (корпус BGA95). С течением времени микросхемы стандарта UFS начали появляться в корпусах BGA153, BGA254 (UFS+LPDDR4).
Электрически, новый стандарт памяти имеет полностью отличающийся от стандарта eMMC интерфейс.
Усовершенствования по сравнению с eMMC:
1) UFS имеет последовательный интерфейс LVDS (низковольтная дифференциальная сигнальная пара), который имеет отдельно выделенные каналы чтения/записи. Это допускает полный дуплекс, другими словами, UFS может читать и писать одновременно.
eMMC, с другой стороны, имеет параллельный интерфейс, который может отправлять данные только в одном направлении за раз - он может либо читать, либо записывать, но не одновременно.
2) C софтовой точки зрения UFS работает по модели OSI в отличии от eMMC в которой все заключается в одном уровне SDMMC
- Прикладной уровень (application layer)
- Транспортный уровень (transport layer)
- Сетевой уровень (network layer)
- Канальный уровень (data link layer)
- Физический уровень (PHY layer)
3) UFS имеет очередь команд (CQ), которая сортирует команды, которые необходимо выполнить. Таким образом, несколько команд могут быть адресованы одновременно, и порядок задач может быть изменен соответственно. В eMMC нужно было дождаться завершения процесса, прежде чем переходить к следующему.
Комбинация этих двух решений, наряду с инженерными достижениями Samsung, позволяет UFS 2.0 иметь скорость последовательного/параллельного чтения/записи, выше от 1,07 до 2,71 раз, чем в eMMC 5.0.
Стандарты скорости работы UFS памяти:
LS режимы:
PWM-G0: 0.01~3 Mbps
PWM-G1: 3~9 Mbps
PWM-G2: 6 ~ 18 Mbps
PWM-G3: 12 ~ 36 Mbps
PWM-G4: 24 ~ 72 Mbps
PWM-G5: 48 ~ 144 Mbps
PWM-G6: 96 ~ 288 Mbps
PWM-G7: 192 ~ 576 Mbps
HS режимы:
HS-G1: 1.25-1.45Gbps
HS-G2: 2.5-2.9Gbps
HS-G3: 5.0-5.8Gbp
Z3x EasyJTAG Plus box поддерживает работу с UFS в LS режиме PWM-G4 (66MHz), что позволяет передать по 1 сигнальной паре до 4MB/c, по 2м парам - до 8MB/c. Применение компрессии в дальнейшем позволит еще повысить эти цифры. Возможно будут реализованы режимы G5/G6/G7, хотя микросхем их поддерживающих очень мало.
При соединении (коннекте) с микросхемой (режим установка линка) происходит обмен информацией между хостом (боксом) и микросхемой (UFS) в режиме PWM-G0 при этом хост выдает микросхеме информацию что он может, а в ответ микросхема отдает свою информацию, что она умеет. Из всех протестированных нами микросхем G6/G7 режимы поддерживала только одна (то ли Micron то ли Toshiba).
PWM-G4 поддерживают все протестированные микросхемы, поэтому бокс работает в этом режиме.
Для работы с данным типом памяти Z3x EasyJTAG Plus box использует отличный от eMMC интерфейс:
Для работы с данными микросхемами и получения стабильного соединения потребуется использовать специальные сокеты (BGA95, BGA153):
2013 год. Период зрелости eMMC, «доработка напильником»
С 2010 года интегрированные в смартфоны накопители развивались эволюционным путём — JEDEC раз за разом «полировали» стандарт MMC 4.x, типичный объём встроенной памяти к 2014 году дорос до 8/16 Гбайт, а смартфоны без слота для карт памяти были редкостью: либо iPhone, либо Google Nexus, либо китайские флагманы Meizu/Xiaomi с аналогичной идеологией по отношению к накопителям.
Версия интерфейса MMC | Пропускная способность, Мбайт/с | Предельная скорость записи, Мбайт/с |
4.41 | 104 | ~ 30 |
4.5 | 200 | ~ 60 |
5.0 | 400 | ~ 90 |
5.1 | >600 | ~ 125 |
В дальнейшем JEDEC дорабатывали eMMC неспешно: если не принимать в расчёт эволюцию NAND-флэш, заключалось во внедрении и доработке SecureTRIM, а ещё накопители учили взаимодействовать с новыми типами оперативной памяти DDR. Производительность eMMC выросла до пиковых 260 Мбайт/с по шине и 50 Мбайт/с для записи «в прыжке», в линейных операциях. И, хотя системы на чипе в смартфонах всё ещё были слишком медленными для того, чтобы «выжать все соки» из такой памяти, интегрированные накопители наконец созрели для работы с другим классом устройств — Windows-планшетами.
На этом стандарт eMMC 4.5 устаканился с 2013 года, когда смартфоны начали примерять модули памяти ёмкостью 64 Гбайт.
Что в аналогичную эпоху могли предложить карты памяти microSDXC? Например, новый стандарт быстродействия Class 10 UHS-I с передачей данных до 104 Мбайт/с (~50 Мбайт/с на чтение и ~40 Мбайт/с для записи в реальных условиях при линейных операциях), до 2000 IOPS в режиме чтения. То есть, видеопоток даже с самым внушительным битрейтом укладывался в быстродействие карт памяти с запасом. А вот запуск исполняемых файлов с карты памяти в смартфонах 2013 года, увы, отвоевала eMMC — начиная с Android 4.4 KitKat Google «закручивал» гайки и ограничивал доступ приложений к карте памяти до тех пор, пока в «ванильной» версии операционной системы не был закрыт доступ даже для записи кэша гигантских 3D-игр.
Android, который мы потеряли. Ну, по крайней мере, его менеджмент памяти
С дебютом eMMC 5.0 интегрированная память смартфонов сделала гигантский рывок в производительности, но на смену ей пришёл новый и, по результатам тестирования, более перспективный стандарт интегрированных накопителей.
Скорость
Для современных устройств скорость чтения/записи — это критичный показатель. Максимальная скорость последовательного считывания данных у этих карт достигает 530 МБ/с, это в пять раз больше, чем у карт стандарта microSD класса UHS-1 (максимум — 95 МБ/с) и в 3,5 раза выше, чем у microSD карт класса UHS-II (156 МБ/с). Еще одно преимущество новых карт — высокая производительность.
UFS обеспечивают 40 тысяч операций ввода-вывода за секунду, что в 20 раз больше, чем у microSD карт. Разработчики добились и пониженного энергопотребления у UFS-карт. Этого удалось достичь добавлением поддержки множественных команд с определением их очередности.
Реальное преимущества в скоростях чтения/записи для UFS еще выше, чем говорилось выше. Дело в том, что недорогие microSD Class 10 карты устанавливаются в подавляющее большинство устройств. А они гораздо менее производительны, чем топовые карты. Скорость записи — всего 10 МБ/с. Только самые дорогие брендовые модели типа V90 обеспечивают скорость записи вплоть до 90 МБ/с. Но и в этом случае такой скорости записи можно достичь только если носитель еще пустой. UFS превосходит самые быстрые microSD карты в пять раз по скорости чтения и в 2-3 раза по скорости записи.
Характеристики microSD удовлетворительны для работы с видео качества 1080р или изображениями в формате jpeg. Но сейчас становится все более распространенным видеоформат 4К, увеличивается разрешение фотографий. Многие фотографы предпочитают работать с RAW фотографиями. А здесь microSD-карты уже подводят — их производительности недостаточно. Новый стандарт появился как раз вовремя.
2008 год. Учёные выяснили, что памяти в смартфонах может быть много
Был ли этот прогресс заметен просты пользователям? Только когда речь шла о флагманских моделях — eMMC стартовал как разновидность реализации MMC 4.3 в 2008 году, когда DRAM стала привычной ОЗУ во флагманах, а 16 Гбайт на внутреннем накопителе были невероятной роскошью. Например, iPhone 3GS с 16 Гбайт на борту в это же время стоил 27000 рублей, а базовая версия с 8 Гбайт — 23 тысячи. Никого не удивляет, что флагманский смартфон с учётом инфляции стоил примерно 60 тысяч рублей, вряд ли кого-то удивит. А вот доплата за 8 Гбайт памяти в пересчете на реалии 2017 года была эквивалентна ~8500 рублей.
Словом, интегрированная универсальная (а не только под настройки, реестр приложений и телефонную книгу) память в смартфонах всё ещё была бешено дорогой, но уже могла похвастаться внушительным на объёмом на рубеже 2009-2010 гг. Не забывайте, что до съёмки видео в Full HD в популярных смартфонах ещё оставалось немало времени, а в 2009 году на свет появилась Nokia N97 с умопомрачительными 32 Гбайт встроенной памяти стоимостью всё те же 27 тысяч рублей на старте продаж.
Ёмкость eMMC в смартфонах увеличивалась не так интенсивно, как хотелось бы (источник: Micron Marketing)
И всё же карты памяти аналогичного периода были в разы дешевле. Даже с учётом того, что microSDHC был новым стандартом, а продажи приходились чаще всего на карты стандарта Class 4.
На стороне интегрированной памяти, в теории, была более высокая производительность в линейных операциях на чтение и запись, и новейший стандарт eMMC 4.41 образца 2010 года допускал «потолок» пропускной способности до 100 Мбайт/с, скорость записи до 30 Мбайт/с. Стоит ли говорить, что:
1. В реальных сценариях работы скорость была несравнимо ниже
2. Аппаратная платформа смартфонов 2010 модельного года не могла реализовать весь потенциал eMMC 4.1
3. Подавляющее большинство смартфонов довольствовались 4-8 Гбайт встроенной памяти
При этом карты памяти классов 4 и 6 де-факто умели работать даже быстрее, чем им позволял встроенный в смартфоны контроллер, запись видео с битрейтом свыше 50 Мбит/с в мобильниках была экзотикой, а быстродействие приложений, как и в случае с SSD зависело не от пиковых линейных значений скорости, а от быстродействия в работе с крохотными файлами объёмом до мегабайта.
Меньшее энергопотребление
Обычно высокая производительность устройства или его элемента (процессор, графический адаптер, накопитель) ведет к значительному энергопотреблению. В случае с UFS ситуация иная. Наиболее производительная microSD карта потребляет 2,88 Вт в пиковом режиме и 0,72 Вт в режиме покоя. Согласно спецификациям нового стандарта энергопотребление карт памяти нового типа — всего 1,54 Вт. Это в почти в два раза меньше, чем у топовых карт формата microSD. Высокая скорость чтения/записи UFS карт также означает и то, что файлы передаются быстрее, а карта будет скорее завершать работу в активном режиме, переходя в режим покоя.
Бездействуя, такая карта почти не потребляет энергию. Это означает, что на фотоаппарат или видеокамеру с UFS картой можно сделать больше снимков или вести более продолжительную съемку, чем на аналогичное оборудование с microSD картой. Телефоны с основной и дополнительной памятью UFS тоже будут работать дольше.
Читайте также: