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NAND用的什么协议资讯｜机械硬盘也能用NVMe协议了？NVMe 20规范标准正式发布

发布时间 : 2024-11-24

作者 : 小编

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资讯｜机械硬盘也能用NVMe协议了？NVMe 20规范标准正式发布

如今的机械硬盘使用的基本上是SATA协议，在最初固态硬盘使用的也多是SATA协议。而在2011年，英特尔联合业界推出了NVMe标准，速度比SATA更快。如今也有越来越多的固态采用NVMe协议，也就是大家口中的m.2固态。

不过就在上周，NVM Express（NVMe）联盟正式推出了最新的NVMe规范2.0版本。新的2.0规范向后兼容以前的规范。该组织表示，到2024年，NVMe机构预计PCIe SSD将以43%的复合年增长率增长，转向新的标准来解决这一需求，并实现下一代功能是非常重要的。

本次的NVMe 2.0协议是对9年前的标准进行大规模升级，带来了ZNS分区命名空间、KV命令集、Endurance Group Management、多控制器更新定义、关机增强等新功能。其中最为普通用户关心的可能便是NVMe 2.0协议对于旋转存储介质的支持。这基本上意味着，现在的机械硬盘（HDD）也可以在NVMe接口上运行。

其他新功能方面，分区命名空间（ZNS）这项新技术将有助于根据数据的使用频率，将其置于存储设备的某些区域，从而减少对存储数据的重写和重新排列。这应该能让整体硬盘性能和寿命提高。

而持续性群组管理功能则是一种新的存储管理机制，可以允许灵活和动态的SSD配置，这将实现动态容量管理和混合模式NAND操作。根据NVMe联盟的说法，这将改善“访问SSD的粒度”和对存储的整体控制。键值（KV）命令集则将允许应用程序使用KV对与驱动器控制器通信，而不是通过块地址进行通信。据说这可以降低CPU的计算负荷。这种SSD被称为 KV-SSD。

可能你觉得机械硬盘支持NVMe协议没有什么用，毕竟机械硬盘的速度并不快。不可否认目前主流的SATA 6Gbps确实已经足够满足一般的机械硬盘的需要了。不过随着希捷引入Mach.2和HAMR等技术，机械硬盘的传输速度也大大提高了，从200MB/s左右提高到超过500MB/s，逐渐逼近SATA 6Gbps的接口极限，已达到甚至超过了个别固态硬盘。所以在未来，很有可能出现NVMe协议才能满足的机械硬盘。

都说它是顶级手机的专利 UFS闪存到底是个什么鬼？

随着麒麟970、骁龙845和三星Exynos 9810等新一代旗舰处理器的出现，2018年高端智能手机有望迎来准5G的网络体验（下行速率可达1.2Gbps，但还需运营商基站支持）。等到了2020年，5G网络还将带来更极致的10Gbps到20Gbps的联网速度，秒下高清视频不是梦想。然而，网络性能的飞跃也将给手机硬件带来极大的压力，而闪存芯片，就是最大的受力点。

手机网络的不断提速

如今哪怕是千元智能手机的下行速率都达到了Cat.7，也就是300Mbps的标准，而中高端手机则已享受Cat.12（600Mbps）或Cat.16/18（1.0Gbps/1.2Gbps）的速度。要知道，很多地区的家庭宽带也不过20Mbps到100Mbps之间，在不考虑运营商基站限速的情况下，智能手机的下载速度已经远远超过了有线网络。

未来5G的下行峰值速度可达20Gbps

以即将兴起的Cat.18为例，其1.2Gbps的下行速率理论的下载速度为150MB/s。而到了2019年5G网络商业化试运营时，10Gbps起步下行速率对应的下载速度就将达到1.25GB/s。如果将这个速度放在PC端，那就唯有支持NVMe协议的PCIe SSD才不会成为速度上的拖累（主要看SSD的写入性能），而无论是HDD机械硬盘还是SATA3.0接口的SSD都将成为“拖油瓶”。

在PC都感觉“亚历山大”的当下，智能手机又该如何应对更高速网络的挑战呢？

读写性能的重要性

不成为下载瓶颈只是对闪存提出的基础要求，而闪存性能在实际操作中的影响还表现在更多方面。比如安装超过GB大小的APP、录制生成4K视频、拍照连拍、相册中大量图片的预览图刷新，在这些应用环境下，只有更高速的闪存才能告别卡顿和延迟，缩短APP的安装和启动时间。

从eMMC到UFS的进化

好消息是，如今智能手机的存储性能已经足够应对Cat.18网络的挑战了，哪怕是低端手机采用的eMMC 5.1，也可提供100MB/s以上的持续写入速度，而UFS闪存的高端手机哪怕是4K写入速度也都能超过150MB/s。但是，面对未来5G网络的来袭，现有的闪存技术就都将抓瞎了。

我们不妨再来回顾一下智能手机常用的闪存技术标准：

eMMC：Embedded Multi Media Card，它是在NAND闪存芯片的基础上，额外集成了主控制器，并将二者“打包”封装封成一颗BGA芯片，从而减少了对PCB主板的空间占用，也是移动设备中普及度最高的存储单元。eMMC的性能会随着总线接口的升级而提升，而目前最新的标准就是eMMC 5.1。

还有很多手机会选择将CPU和闪存芯片堆叠封装

UFS：Univeral Flash Storage，我们可以将它视为eMMC的进阶版，是由多个闪存芯片、主控、缓存组成的阵列式存储模块。UFS弥补了eMMC仅支持半双工运行（读写必须分开执行）的缺陷，可以实现全双工运行，所以性能得以翻番。

目前UFS又被细分为UFS 2.0和UFS 2.1，它们在读写速度上的强制标准都为HS-G2（High speed GEAR2），可选HS-G3标准。而两套标准又都能运行在1Lane（单通道）或2Lane（双通道）模式上，一款手机能取得多少读写速度，就取决于UFS闪存标准和通道数，以及处理器对UFS闪存的总线接口支持情况。

比如，采用UFS 2.1闪存的手机大都可以获得800MB/s的持续读取性能。但是，魅族PRO 7官方表示配备了UFS 2.1闪存，但实际测试的持续读取速度却只有500MB/s左右。这并非魅族虚标，而是PRO 7搭载的联发科Helio X30处理器仅支持单通道UFS总线接口，所以无法100%发挥出UFS 2.1闪存的性能。

需要注意的是，虽然UFS 2.1相较eMMC 5.1在持续读取速度上实现了2.5倍左右的提升，但持续写入速度却没有太大变化（200MB/s左右）。但是，如果我们仔细留意4K写入速度一项，就会发现UFS 2.1的实测速度能领先eMMC 5.1十倍有余，这对于下载提速可有着更加实际的意义。

苹果主打的NVMe闪存

苹果从iPhone 6s开始也引入了超高速闪存，但它却不是我们熟悉的UFS，而是一种名为“NVMe”的闪存芯片。实际上，NVMe和UFS的本质都是NAND，只是协议层面有所差别而已，NVMe协议比UFS协议更高效，所以在绝大多数测试项目中，采用NVMe协议的iPhone总能在读写速度上领先于同期Android手机的UFS。

UFS 3.0为5G保驾护航

问题来了，面对5G网络起步1.25GB/s级别的下载速度，哪怕是UFS 2.1也有些力不从心。怎么办？

好消息是，固态技术协会（JEDEC）在前不久正式发布了UFS 3.0标准（JESD220D、JESD223D），和UFS存储卡V1.1标准（JESD220-2A）。其中，UFS 3.0就刚好可以成为与5G网络搭档的存储技术。

简单来说，UFS 3.0引入了HS-G4规范，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。此外，UFS 3.0支持的分区增多（UFS 2.1是8个），纠错性能提升且支持最新的NAND Flash闪存介质。

三星已经宣布，将在2018年第一季首发推出UFS 3.0接口的产品。由于麒麟970、骁龙845、Exynos 9810等研发较早，所以并没有赶上UFS 3.0标准的支持，但下半年的麒麟980，将在2019年发布的骁龙85x、Exynos 99xx应该可以对其加以支持，从而满足5G时代的更高速读写需求。

如何辨别手机存储芯片

在过去，只有旗舰级处理器才支持UFS闪存，而如今包括骁龙660和Helio P30在内的新一代中端处理器也支持UFS闪存。虽然现阶段搭载骁龙660/Helio P30芯片的手机为了降低成本选用的都是eMMC 5.1，但不排除未来会有中端机也通过武装UFS闪存提升竞争力。所以，咱们还是有必要学习一下如何辨别手机配备闪存的技术标准。

在网上搜索下载名为“P10Check”的应用，安装运行后就能自动反馈出手机的闪存标准到底是eMMC还是UFS，可惜该软件无法进一步细分UFS的版本（如UFS2.0还是UFS2.1）。

如果你想知道手机闪存的具体性能，则可下载安装名为AndroBench的测试软件，如果测试结果的持续读取速度在700MB/s以上，那就说明手机闪存版本为双通道的UFS2.1，代表当前的顶级存储性能。如果速度在500MB/s左右，那就是运行在双通道模式UFS2.0或单通道下的UFS2.1。

小提示： 受制于闪存芯片可能面临缺货/涨价的风险，部分手机厂商可能会为热销手机准备多家供应商的闪存芯片。比如前几个批次手机的闪存来自三星，后续改为东芝，最后批次为闪迪。不同供应商的闪存芯片在性能上可能存在细微差距，关于这一点大家需要做到心里有数。

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