UFS 30快到原地飞起 关于存储的二三事

上月底，微电子行业标准发展的全球领导者——固态技术协会JEDEC发布了UFS v3.0标准，单通道带宽提升到11.6Gbps，是HS-G3(UFS 2.1)性能的2倍。而由于UFS支持双通道双向读写，所以UFS 3.0的接口带宽最高可达23.2Gbps，也就是2.9GB/s。

UFS 3.0快到原地飞起 关于存储的二三事

前几天这条新闻见诸各大科技媒体，但不少朋友都看的一脸蒙圈：UFS3.0是什么鬼？23.2Gbps的带宽在手机上意味着什么？UFS3.0都用啥用？用在手机上会给我们带来哪些提升？所以本期发烧学堂，我们就来聊聊UFS 3.0存储技术，给大家答疑解惑。

从UFS说起的手机存储

某品牌发布会上，台上说：我们用的是UFS2.1存储！

旁边大哥一声尖叫吓我一跳。我跟该大哥搭话——

我：我说大哥你尖叫个啥，不会是厂商花钱雇来的托儿吧？不就是个存储么？

某大哥一脸鄙夷：听说过固态硬盘SSD不？着UFS就是手机上的SSD！传输速度更快！

我：那为啥叫UFS不叫SSD？不就是更快么，有个X用？下小电影会更快么？

某大哥瞬间脸色变黑......

（PS：别学我，容易没朋友）

其实这大哥说的没错，现在的UFS存储确实要比以前的eMMC存储传输速度更快。但为啥更快？它们之间又有哪些区别？手机存储经历了哪些发展？我们一起来梳理一下：

eMMC和UFS都是个啥？

准确的说，应该是技术标准，而不是芯片硬件本身。由于存储芯片在封装时运用了这些技术标准，所以习惯上都会用这些字母缩写来称呼这些芯片的类型。

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。

之前厂商们大力宣传的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。

在文初我们说的UFS3.0在这一个基础上再次升级，带宽是UFS 2.1的2倍，理论的接口最大带宽为23.2Gbps，即传输速度为2.9GB/s。相比于最新eMMC5.1标准，理论上有着接近5倍的性能优势。

苹果用的是哪种协议的存储？

我们经常会听到这样一个说法，苹果的存储特别特别快，所以手机流畅。那么iPhone用的是UFS吗？其实并不是。从iPhone 6s开始，苹果在手机上用的是使用NVMe(Non-Volatile Memory express)接口协议 ，这种协议在电脑的SSD上比较常见。

在当时，iPhone 6s的闪存实际性能就达到了连续读取速度402MB/s，连续写入速度164MB/s的水准。发展到iPhone 8这一代，性能也有了进一步的提升。iPhone 8 Plus实测读取速度为1131MB/s 。而目前除了少数国际旗舰的UFS2.1读取速度能达到1100MB/s以上外，主流安卓机上用的UFS 2.1实际读取速度一般700MB/s出头 ，所以大多读取性能不如iPhone也理所当然。

不同类型的存储价格差异大吗？

既然UFS存储的性能这么牛X，那是不是比eMMC贵上很多？还真不是，其原因要从存储芯片的封装说起。

不同标准的存储价格（数据来源全球半导体观察网）

我们提及存储时，都在说有多大多大容量，事实上，手机储存容量、固态硬盘、U盘和SD卡等使用的都是一种叫做NAND的储存介质，NAND闪存是一种非易失性存储技术，即断电后仍能保存数据。我们刚才所说的存储，都是在NAND存储芯片的基础上，再加上了控制芯片，接入标准接口，进行标准封装而成的。

这样封装的好处就在于可以使结构高度集成化，而且当手机客户选用封装好的存储芯片进行手机硬件堆叠时，不需要处理其它繁琐的NAND Flash兼容性和管理问题。

之前苹果的存储内存混用一事闹得沸沸扬扬，其原因就在于NAND闪存颗粒也有不同。根据单元存储密度的差异，闪存分为SLC、MLC、TLC三种类型：

SLC（单层式存储） ，单层电子结构，写入数据时电压变化区间小，寿命长，读写次数在10万次以上，但造价高。

MLC（多层式存储） ，使用高低电压构建的双层电子结构，寿命长，造价可接受，读写次数在5000左右。

TLC（三层式存储） ，是MLC闪存延伸，存储密度最高，容量是MLC的1.5倍。 造价成本最低，但使命寿命低，读写次数在1000~2000左右。

所以，采用eMMC和UFS标准虽然对价格有一定影响，但并不是所有原因，还要看闪存颗粒的类型。据悉，采用UFS3.0标准的存储芯片价格会更高一些。当然，苹果的NVMe接口协议的存储芯片价格也不低。

传输速度会给我们带来哪些影响

说可这么多，相信大家最关心的问题还是存储芯片的传输速度会给我们带来哪些影响。其实这个问题不难回答。相信给电脑加装过SSD的朋友都会有这样的体验：以前机械硬盘开机少说也得三十多秒，用了SSD后，开机时间不到10秒了；加载大型游戏能够明显感觉快出很多。在手机上用高速的存储芯片道理是相同的，就是让手机加载更快。

举个大家都有认知的例子：同时代的iPhone游戏加载速度回明显优于安卓手机，其中原因除了处理器性能和软件系统优化外，很大一部分原因就来自于苹果NVMe接口协议存储芯片的高读取速度。当然，得益于此的还有应用的加载速度。

喜欢用手机拍照的朋友，在以前肯定都有这样的烦恼：拍照时手机反应慢，按快门后得等很长一段时间才能拍摄成功；手机里存的照片太多，照片加载特别慢，稍微一滑动手机就会卡到爆。其原因除了手机处理器和软件的优化外，就是因为存储的写入和读取速度太慢造成的。

所以，在不考虑处理器和软件的情况下，存储拥有了更高写速，拍照片就可以更快响应。另外，也允许了像素更高、帧数更多的视频录制；存储读速更高，多张照片和超高质量视频加载得就更快，操作和播放的卡顿就更少。

另外，相比于eMMC，UFS的优势还在于采用了全双工方式，收发数据可以同时进行。打个比方来说，eMMC就相当于一条只允许一辆车经过的通道，对面的车要等通道内的车出来以后才能进入通道。而UFS则是双向车道，允许来往车辆同时运行。即用UFS存储的手机在执行多任务时，无需等待上一进程结束，效率自然提升不少。

那么UFS3.0会给我们带来什么？

刚才提到有更快的加载速度、允许画面质量更高、帧数更多的视频拍摄和播放。除了这些，还能给安卓手机带来什么呢？

首先，UFS 3.0的接口带宽最高可达23.2Gbps，也就是理论传输速度可达2.9GB/s。当然实际速度会有所折损，但应该不会低于2GB/s，这就远远高于iPhone 8 Plus实际读取速度1131MB/s。所以如果苹果的存储方案没有大幅度升级的话，下一代产品将被采用UFS3.0存储的手机超越，iPhone在游戏加载速度上将不具有优势。

我们即将进入网速更快的5G时代（图片来自网络）

另外，我们也将进入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。但问题就在于市面上的手机存储芯片都没有这么高的写入速度。所以，以后制约下载速度的将不再是网速，而是存储。UFS3.0的大带宽显然与5G的高网速更般配。

但近一年内，UFS3.0应该不会投入手机市场。因为麒麟970、骁龙845、Exynos9810等研发较早，暂时没有信息证明这三款旗舰处理器支持UFS3.0标准，所以大概只有等到2019年才能在手机上见到。

写在最后

看到这里，相信大家已经对手机存储有了一定的了解。最后，我们来说一下如何鉴别储存芯片类型：下载一款名为AndroBench，进行速度测试。

标准顺序读取（Sequential Read）MB/s顺序写入（Sequential Write）MB/s eMMC 5.1250 125 eMMC 5.0 250 90 eMMC 4.5140 50

eMMC实际测试参考数值

eMMC速度可以参照表格，一般来说顺序读取速度不超过300MB/s的芯片均为eMMC标准芯片。现在见于主流机型上的UFS标准芯片顺序读取速度在700MB/s左右。当然，如果你碰到顺序读取速度到1100MB/s，那可以说该手机厂商十分良心了。

得知自己离不开固态硬盘 讨论一下QLC值不值得买

笔者非常理智的告诉自己，以目前闪存厂商公布的数据来看，QLC固态硬盘用上三五年应该不会有问题，而且掉速问题也不用过于担心，肯定会掉速，不过不至于影响使用。但如果真有一块QLC固态硬盘摆在我的面前，说实话我会犹豫到底买不买。笔者相信不光我一个人有这样的心理。

在互联网上，什么都可以消费，包括焦虑。

笔者考虑要不要购买QLC固态硬盘是因为两件事。第一件事是笔者的2T移动硬盘挂了。发现坏道的时候笔者非常惊讶。笔者平时使用移动硬盘非常小心，没有遇到过震动、未弹出直接拔的情况，而且平时当做电影存储盘，一星期也就用一两次。结果才两年时间，后500GB空间不仅坏道多，而且持续写入速度也降低到了50MB/s。笔者已经有3块机械硬盘挂掉了，实在是不想用机械硬盘了。

第二件事是笔者最近评测一款产品的时候，从开机开始就感觉慢，用起来非常不舒服，一看配置果然没有固态硬盘。这两件事前后脚，让笔者深深的意识到，自己已经离不开固态硬盘了，而且需要大容量固态硬盘。

但固态硬盘的价格实在是太贵了，虽然现如今一些固态硬盘的价格能做到1元1GB，但对于像笔者这种需要大容量存储的用户而言，当做存储盘成本还是太高，而且目前也没有容量太大的固态硬盘。QLC固态硬盘似乎成为唯一的选择，TB级别起步，10TB固态硬盘似乎不再遥远，速度看起来好像也还不错，那QLC值不值得买？

英特尔660P的可擦写寿命为1000PE（图片来自超能网）

要想真正了解QLC，首先就要克服对QLC的焦虑。大家对QLC的最大焦虑就是寿命，美光、东芝均对外表示自家3D QLC闪存的可擦写寿命为1000PE，比前几年外界预测100-150PE高出不少，基本与TLC持平。所以如果你现在用的就是TLC，那么完全可以放心的使用QLC。

QLC的擦写寿命如此高的原因是3D NAND，可以说如果没有3D NAND，QLC可能还需要推迟几年出现。事实上TLC之所以能够被企业市场所接受，很大程度上也是因为3D NAND。

以往厂商为了追求固态硬盘的容量，会使用更先进的制程工艺提升单位面积的存储容量，但由于闪存独特的电子特性，制程工艺越先进，寿命越短。所以TLC在发展过程中遇到了寿命问题。但3D NAND就像盖楼一样，以往2D NAND相当于平房，利用了垂直空间，提升了容量。所以厂商没有必要使用更先进的制程工艺，转而使用更为老旧的制程工艺保证TLC的寿命，然后通过3D NAND增加容量。

3D NAND

正是如此，TLC的寿命由1000PE上升到3D TLC的3000PE。借助3D NAND，QLC才能够实现1000PE的寿命。而且目前所有宣布能够推出QLC的厂商，也都是通过3D NAND实现的。

3D NAND这么好，为什么没有用在MLC上呢？因为对于企业而言，MLC还是太贵了。利益永远放在第一位，3D TLC能够实现利益最大化，自然成为首选。

笔者在此就不给大家详细计算1000PE的QLC大约能用多长时间了。对于一般用户而言，用五年以上是没有问题的，这也是为什么英特尔的QLC产品提供五年质保。如果购买更大容量的QLC固态硬盘，使用时间会达到十几年。目前QLC会先运用到企业中，所以普通用户就不要担心寿命问题了。

事实上，电子产品换代往往不是因为坏了，而是因为满足不了需求。即使购买了QLC固态硬盘，恐怕也很难用五年之久。比如笔者在三年前买了一块2.5英寸的128GB固态硬盘，如今作为系统盘都有些拮据，早已经卖掉了。现在用着M.2 256GB TLC固态硬盘。如果QLC固态硬盘价格和速度还不错的话，想必再过一两年就要换1TB QLC固态硬盘了。技术不断更迭的数码产品永远逃不了被“喜新厌旧”的命。

不过需要注意一点，无论是QLC还是TLC，虽然寿命有保障，但最好不要当做下载盘，因为固态硬盘的擦写次数其实指的就是写入次数，读取对于固态硬盘寿命影响微乎其微。另外，突然断电对于固态硬盘也非常伤，尽量避免。如果不放心，可以把重要文件备份一下。

速度恐怕也是很多人的担忧。从现阶段来看，很多厂商公布的数据略有差别，英特尔的660P支持NVMe，持续读写可达到1800MB/s、1100MB/s，三星推出的产品为SATA固态硬盘，持续读写可达到540MB/s、520MB/s。从官方公布的数据来看，QLC固态硬盘的速度还不错。

英特尔660P的速度（图片来自超能网）

掉速情况肯定也会有，但各家主控不同，算法也不同，没有实测数据不好下定论。事实上QLC固态硬盘的速度、掉速情况不应该是我们担忧的重点，在固态硬盘发展过程中，我们总是会遇到一个非常尴尬的境遇，就拿MLC和TLC为例：理论上MLC的速度要比TLC快，但在目前消费级市售产品中，旗舰级TLC固态硬盘要比旗舰级MLC快。

这是一个不可忽视的事实。诚然在TLC固态硬盘刚刚上市的时候速度表现与MLC有差距，但随着厂商将主要精力放在TLC上，相关技术填补了TLC的缺陷，让TLC固态硬盘的体验变得更好。如今QLC也面临着这样的境遇，当MLC逐渐退出消费市场，QLC成为主力，厂商在QLC上的精力逐渐会多于TLC。虽然理论上TLC要快于QLC，但当TLC无技术关照的时候，再多的可能性也变为零。

这是资本的选择，我们无法干预。

往最坏的情况说，即使QLC出现掉速情况，持续写入只有100MB/s多，但随机读写的性能还是要完爆机械硬盘的，作为系统盘还是要优于机械硬盘。

那现在应不应该囤一批MLC固态呢？笔者觉得没有必要，目前MLC的产品并不多，而且价格也较为昂贵。当大容量固态硬盘深入人心的时候，恐怕MLC固态硬盘的容量会成为你舍弃它的理由。

无论QLC固态硬盘值不值得买，当QLC固态硬盘大规模上市的时候，MLC会像当年的SLC一样消失，市面上可以选择的，也只剩下TLC和QLC，别忘了后面还有PLC（5bit）呢，届时恐怕会有很多人把TLC当做宝贝吧。理智一点，QLC固态硬盘或许没有大家想的那么不堪，最主要就是看品牌产品质保时间有多长和价格能不能足够便宜。

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