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nand闪存英语了解UFS20，eMMC 51，LPDD原理，看懂闪存门

发布时间 : 2025-01-21

作者 : 小编

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了解UFS20、eMMC 51、LPDD原理，看懂闪存门

UFS2.0、eMMC 5.1、LPDDR4这些名词讨论的很多，大部分网友还并不清楚这些名词究竟是什么意思、对手机又有哪些影响。

在了解UFS2.0、eMMC 5.1、LPDDR4这些名词之前，我们有必要搞清楚内存与闪存的区别。

1.内存

首先内存是计算机中重要的部件之一，它是与CPU进行沟通的桥梁。计算机中所有程序的运行都是在内存中进行的，因此内存的性能对计算机的影响非常大。而手机的RAM即我们常说的内存，是Random Access Memory的缩写，即随机存储器，是与CPU直接交换数据的内部存储器，也叫主存(内存)。在工作状态时可以随机读写数据，断电以后会丢失数据。现在市场上主流的智能手机一般采用2G或者4G 的运行内存，当然也有些旗舰机型采用了6G 的运行内存。

在PC平台，内存经历了SIMM、EDO DRAM、SDRAM、Rambus DRAM、DDR的发展，到如今普及到DDR4内存，而手机上采用的LPDDR RAM是“低功耗双倍数据速率内存”的缩写，与桌面平台的DDR4内存相比，面向移动平台的LPDDR4，其能够在带来等效的性能(速度)的同时，兼顾更少的能源消耗。

2.闪存

快闪存储器（英语：flash memory），是一种电子式可清除程序化只读存储器的形式，允许在操作中被多次擦或写的存储器。这种科技主要用于一般性数据存储，以及在电脑与其他数字产品间交换传输数据，如储存卡与U盘。

闪存是舛冈富士雄在1984年于东芝公司工作时发明。当时，Intel看到了这项发明的巨大潜力，并于1988年推出第一款商业性的NOR Flash芯片。后来，东芝在1989年的国际固态电路研讨会（ISSCC）上又发布了NAND Flash。

NAND Flash具有较快的抹写时间，而且每个存储单元的面积也较小，这让NAND Flash相较于NOR Flash具有较高的存储密度与较低的每比特成本。同时它的可抹除次数也高出NOR Flash十倍。值得一提的是，如今广泛用于PC上的SSD和手机的ROM，本质上是一家人，都是NAND闪存。

3.eMMC

eMMC的全称为“embedded Multi Media Card”，即嵌入式的多媒体存储卡。，eMMC是在NAND 闪存芯片的基础上，额外集成了主控制器，并将二者“打包”封装成一颗BGA芯片，从而大幅降低多芯片的空间占用和布线难度问题，是帮助移动设备瘦身的不二法门。

eMMC的速度取决于总线接口。目前， eMMC的总线接口主要以eMMC 4.4、eMMC4.5、eMMC 5.0（市场主流）、eMMC 5.1为主，它们的“理论带宽”分别为 104MB/s、200MB/s、400MB/s和600MB/s，看起来还不错。

请注意，以上数据只是理论值，eMMC在实际应用中的速度会大打折扣。以配备eMMC5.0的手机为例（如魅族MX5），它们实际测试的读取速度仅有180MB/s左右。

4.UFS

UFS 的全称是Universal Flash Storage，也就是通用闪存存储，这项标准首次出现时间是2011年2月，不过那个时候的UFS 1.1速度不算很快，只有300MB/s 。由于当时的eMMC 还在发展，在加上成本和兼容性问题，UFS 1.1 并没有进行广泛普及而最后销声匿迹了。

随后，联合电子设备工程协会 JEDEC 发布了全新的USF 2.0 标准，相比之前的标准，全新的USF 2.0 有两个版本，其中UFS 2.0 HS-G2的理论带宽为5.8Gbps，也就是大约740 MB/s，更快速的UFS 2.0 HS-G3的理论带宽更是达到了11.6Gbps，也就是约1.5GB/s，这个速度甚至比部分 SSD 还要快，几乎是目前最快的 eMMC 5.X的大约2.5倍之多。

总结起来就是，UFS 无论在速度还是性能还是功耗上都比 eMMC要强很多，但是相对应的成本也会比 eMMC 更贵。

去年3月，JEDEC又发布了UFS 2.1。它是UFS 2.0的迭代版，对早期的版本进行了部分改进，进一步强化它的优势。UFS 2.1的读取性能超出UFS 2.0一倍，而写入性能也要快了不少。

总结起来就是，UFS 无论在速度还是性能还是功耗上都比 eMMC要强很多，但是相对应的成本也会比 eMMC 更贵。

DDR/LPDDR

LPDDR全称是Low Power Double Data Rate SDRAM，是DDR的一种，又称为mDDR（Mobile DDR SDRAM）,中文直译是低功耗双重数据比率，也就是实现低功耗指定的内存同其他设备的数据交换标准，以低功耗和小体积著称，专门用于移动式电子产品。

简单来说，越先进的技术，速度越快，体验越好。至于你能不能感受得到？至少我是可以的

固态硬盘高手也会搞错，我们小看了3D闪存！

很多固态硬盘在介绍3D闪存的时候都喜欢用下面这张图片，然而这却是一个典型的错误示范！存储极客认为有必要让大家从微观层面了解真正的3D闪存到底是一个怎样的结构。

Layer和Level在英语中有着不同的概念，Layer是分层，而Level是分级。首先从底层的闪存存储单元出发，看看它是如何增大存储容量的。

多级单元：Multi Level Cell

Multi Level Cell，MLC的由来，是不是觉得很熟悉？没错，当每个存储单元可以存储3个比特数据时就叫Triple Level Cell（TLC），再增加一个比特存储能力就是Quad Level Cell。

多级单元是最早用来提升闪存容量的技术手段。大多数朋友第一次接触到固态硬盘就已经是MLC时代了，而在此之前SLC也曾辉煌！只不过大家嘴里说不在乎价钱，掏钱买硬盘的时候却很诚实的选择更便宜的型号，所以现在MLC也已经接近灭绝，而比TLC更激进的QLC明年年初就会进入实用化。

3D多层堆叠：3D NAND Layers

3D闪存是垂直化的堆叠，但不又不仅仅是堆起来这么简单。首先要解决的问题是将闪存从平面扶立起来，这就产生了从Floating Gate到Charge Trap的结构演变。

过去平摊的闪存单元变成了圆柱体形态，多个单元得以像叠罗汉一样堆叠起来。这才是3D闪存概念的由来：存储单元的垂直排列。

芯片堆叠：Chip Stack

高达64层堆叠的3D闪存层层落落地聚集在闪存晶圆上的一小块晶粒中。而这些晶粒需要添加引线并封装之后才能成为闪存颗粒，最终投入使用。而在使用树脂材料封装的过程中，还能将多个芯片堆叠起来封装在一个颗粒当中。

单芯片封装的闪存颗粒：

TR200是东芝原厂3D闪存固态硬盘，BiCS3闪存的单芯片容量达到256Gb（32GB），240GB的TR200正好使用了8颗闪存颗粒，每个闪存颗粒内都只封装了一颗芯片。低密度的闪存颗粒也能充分2.5寸固态硬盘的内部空间。

多芯片封装的闪存颗粒：

同样是BiCS3闪存，东芝XG5 1TB上只使用了两个闪存颗粒，每个闪存颗粒内都封装了多达16个芯片，每颗闪存颗粒的存储容量达到了512GB。在XG5-P高容量系列当中东芝甚至使用512Gb Die实现了单颗1TB这样令人咋舌的容量。M.2板型寸土寸金，多芯片封装能够充分利用点滴空间，实现固态硬盘的更大容量。

关于多芯片封装的说法可能不太直观，下图是电子显微镜下多芯片封装的闪存，密密麻麻的引线将层层堆起的16个减薄后的闪存芯片（图中所示为多年前的2D平面闪存，它一样会用到多芯片堆叠，但却并不是3D闪存）连接在一起，实现了存储密度的翻倍增长。

堆叠的堆叠的堆叠：

XG5中使用16个3D NAND闪存芯片堆叠成了512GB的存储颗粒，这还不是堆叠的极致。东芝在RC100 M.2 NVMe固态硬盘中为我们演绎了更加炫目的MCP多芯片封装技术。

在RC100中，NVMe主控与BiCS3闪存合为一体，单个颗粒既是主控又是闪存，使得高达512GB容量的高速NVMe固态硬盘浓缩到仅有拇指大小的M.2 2242规格之中。

今天介绍的这些这些堆叠手段都增大了闪存容量，但原理却并不相同。多层单元以及3D NAND闪存实实在在的降低了单位容量闪存的制造成本，而芯片堆叠主要实现的是空间上的紧凑。

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