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随着移动设备存储空间以及应用软件的体积越来越大，人们对移动设备的存储速度也越来越关注。之前移动设备的存储方案都使用的是eMMC，采用并行架构，最高存储速度也不过400MB/s，继续发展的潜力有限。现在，全新的UFS存储技术带着全新设计的串行存储架构正式面世。什么是UFS？它有有哪些优势？USF能否撑起移动设备未来的存储系统呢？
可能很多用户更为关心手机、平板等移动设备处理器、屏幕、内存容量、存储容量等配置信息，只有较少的用户才重视存储速度。但是，存储速度在今天对移动设备的使用体验有极为明显的影响。随着移动设备的处理器速度越来越快、内存带宽越来越大、软件体积日益膨胀，系统往往需要存储设备以更高的速度读取、写入数据，才能更快地完成任务，用户的体验才会更为流畅。目前移动设备最主流的标准是eMMC（Embedded Multi Media Card嵌入式多媒体存储卡），这个标准和PC在早期所使用的IDE接口类似，它们都采用并行总线来传输数据。不过，也和PC抛弃IDE接口的原因几乎一样，当前移动设备中的并行总线已经难以继续提升性能（或者说性能提升的成本和收益不成正比），人们需要一种全新的规范，于是UFS就应运而生了。
最大速度1.5GB/s——UFS更快
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，随后经过了多个版本的更替。在当时已经有相关厂商生产出相应的产品，不过那个时候的UFS 1.1速度不算很快，只有大约300MB/s，这个速度虽然比当时的eMMC早期版本要快不少，但由于eMMC本身也在发展，再加上兼容性和成本问题，因此UFS 1.1没有得到广泛普及应用就销声匿迹了。
随后，联合电子设备工程协会JEDEC发布了全新的UFS 2.0标准。相比之前的标准，全新的UFS 2.0有两个版本，其中UFS 2.0HS-G2的理论带宽为5.8Gbps，也就是最大约740MB/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，这个速度比部分PCI-E接口的SSD还要快，几乎是目前最快的eMMC5.X的大约2.5倍之多。如此高的速度能够显著提升系统运行时存取数据的速度，降低等待时间，提高工作效率，提升能耗比，甚至对移动设备的续航时间也有正面的效果，也完全可以轻松支持目前比较热门的4K视频摄录。此外，在人们使用高速的USB 3.0 Type-C或者苹果的Lighting接口传输数据时，瓶颈不再是存储芯片，数据可以更快的被转移到目标设备，大大节约了时间。
关于eMMC的那些事
eMMC是从iPhone、iPad这样的移动设备开始流行后，才逐渐走入人们生活的。eMMC和单纯的NAND闪存单元的差别在于，eMMC不但包含了NAND闪存单元，还内置了相关的控制芯片，包括错误侦测和纠正、平均擦写管理、坏块管理、掉电管理等相关的功能模块。对移动设备厂商来说，购买存储芯片不再需要关注相关控制器的搭配，而只需要购买成品eMMC芯片即可。此外，由于控制部分和存储部分封装、结合在一起，eMMC还能有效降低产品体积、缩小PCB占用面积，因此很适合在体积敏感的移动设备中使用。
在2013年，eMMC速度突破了100MB/s大关。当时的eMMC 4.41标准最大读写速度可达104MB/s，随后eMMC进入速度发展的快车道，新标准不断提升性能上限。比如eMMC 4.5的速度最大可达200MB/s，eMMC 5.0更是一举翻倍达到了400MB/s，最新的eMMC5.X速度达到了600MB/s——这时问题来了，受制于8位并行总线的天生桎梏，eMMC的速度继续提升就显得比较困难。并行总线对数据同步要求极高，抗干扰能力也不够强，在高速传输下，并行总线的缺点逐渐暴露，因此采用并行总线标准的eMMC速度提升也逐渐乏力。
除了速度难以继续快速提升外，eMMC由于标准制定较早，一些传输架构上的缺陷也逐渐暴露。比如eMMC依旧采用半双工模式，不能同时读写数据、不支持多线程、不支持队列、最大存储容量只有2TB等，这些缺陷都使得eMMC在未来难以继续发展更新。
现在来看，虽然eMMC速度潜力殆尽，技术上也存在一定的问题，但是目前eMMC的性能表现还不算落伍，最新的eMMC 5.0和eMMC 5.X还是基本可以满足用户需求的。考虑到成本、生产难度和市场惯性等因素，短期内eMMC还不会快速退出市场，这个过程大概需要维持两三年，eMMC才会被UFS这样的更新标准逐渐替代。
更多新功能——UFS 2.0更聪明
速度快自然更好，不过在很多情况下，速度快只是结果，是由很多新技术联合应用后才能达到如此高的传输速度，UFS 2.0也是如此。相比传统的eMMC，UFS 2.0拥有显著的优势。
首先，UFS 2.0的传输技术改为串行，这是最核心的改变之一。之前eMMC的并行传输方式是在早期传输频率较低的情况下较好的选择。eMMC采用8bit的并行总线方案，频率从eMMC V4.41的DDR 52MHz、eMMC V4.5的SDR200MHz再到eMMC V5.0的DDR200MHz，已经基本上达到了并行传输物理极限。由于并行总线数据传输是一起发送、一起到达的，对布线要求、延迟要求都很高，再加上传输中的干扰可能使得数据错误，因此频率越高并行传输就越脆弱，之前一些不曾出现的问题在高频率下都有可能被放大、暴露；考虑到目前芯片尺寸越来越小、频率越来越高，高频率的并行总线就更难以持续性发展了。正是看到这一点，UFS 2.0改用了串行传输，数据的抗干扰能力大幅度加强。串行传输的数据识别主要是依靠两条串行数据总线的电压差，即使存在干扰现象，电压差也比较稳定，不会出现难以识别的情况，因此可以依靠极高的传输频率来弥补较小的传输位宽的劣势。此外，串行传输还可以通过多条通道并行来提高速度。比如目前的UFS 2.0，就拥有两条通道，每条通道的速度为2.9Gbps（HS-G2）或者5.8Gbps（HS-G3），最终速度就是通道数量乘以通道速度。未来如果市场需要，UFS 2.0还可能继续在提升频率的同时提升通道数量，潜力非常大，足以满足未来五年之后的需求。 其次，UFS 2.0在改用串行总线后，不再使用eMMC的半双工方式，而改用了全双工方式。所谓半双工方式，是指传输总线不能同时收取和发送数据；全双工就是指收发数据可以同时进行。半双工方式运行时，如果某个任务需要立刻发送或者读取某数据，但此时系统在读取或者发送一个较大的文件，那么需要立刻执行的任务只有等待之前的任务完成后才能进行自己的任务，显然效率被降低了。UFS 2.0的全双工就不存在这样的问题，读取和发送可以同时完成，系统可以在向存储芯片写入数据的同时读取必要信息。一个很典型的操作环境就是用户使用向手机拷贝数据时，系统变得缓慢不说，文件打开和写入都受到严重影响，这就是eMMC的劣势，但是在UFS 2.0上，这样的问题就不复存在。
第三，UFS 2.0的数据指令系统基于SCSI架构，而之前的eMMC基于原生架构，显然SCSI架构要更为智能。原生架构很好理解，就是数据来了就处理，不会对存取需求做出优化排序。而SCSI架构则要聪明很多，它拥有多任务功能，可以支持多个请求同时发送，并且可以同步或者异步传输数据。在性能方面，SCSI架构的大部分数据读取处理可以由SCSI控制器直接完成，不需要CPU参与，CPU占用率大幅度降低。
此外，UFS 2.0还可以对对数据指令进行排序处理，组建命令队列，根据优先级来处理数据存取情况。举例来说，在使用了UFS 2.0的系统中，如果同时在下载大数据、更新应用程序、播放视频，那么显然播放视频优先级更高，这个时候数据下载和更新应用就会降低优先级，优先保证视频播放流畅。对用户来说，不会感觉到卡顿的情况，系统已经自动处理好相关任务，整体使用更为轻松。
第四，UFS 2.0对存储的支持也更好了。之前的eMMC采用32bit地址总线，最大只能支持2TB存储空间，虽然短期内看起来够用了但长远来看依旧是个缺陷。UFS 2.0在这一点上采用了比较灵活的处理方式，地址总线数量可以更多，因此最大容量能够轻松超过2TB。容量大了，功能上也不会差。UFS 2.0支持最多八个分区，可以从不同分区上启动系统，这些分区还可以独立加密，加强安全性。存储方面，UFS 2.0还可以将不同的存储块设置为独立的逻辑单元，对其进行并行的读写操作，大幅度提高了效率。
最后再来看看功耗。UFS 2.0相比eMMC，虽然速度快了很多、功能也复杂了很多，但是功耗表现上并没有什么明显增加。UFS 2.0的存储芯片典型的工作功耗大约1mW，待机功耗低于0.5mW，这些数据和eMMC都基本相当。不过需要注意的是，UFS 2.0的速度快了很多并且能够支持大量的智能配置功能，因此在进行相同的任务时，UFS 2.0的完成速度要高很多，这意味着功耗会由于更高的效率而变相降低，整体能耗比得以提升。
UFS 2.0——移动存储大革命
介绍了这么多，想必大家对UFS相关内容已经有比较深入的了解了。那么很多读者可能要问了：UFS 2.0的手机什么时候上市呢？目前市场上支持UFS 2.0的手机暂时只有三星Galaxy S6家族的某些型号。不过，随着新的处理器以及UFS 2.0存储芯片的上市，UFS 2.0的相关产品会逐渐多起来的。根据三星估计，UFS 2.0的产品在2015年左右开始出现，随后逐渐增多，在2019年的时候大概占据一半的市场份额，和eMMC 5.X规范分庭抗礼，再向后则完全取而代之。着急的用户还是稍安毋躁，毕竟新技术的推广和应用还需要一段时间。不过，当你下次更换手机时，就可以研究下新手机的存储是否采用了UFS 2.0或者更新的标准了，毕竟数据存储也是手机最重要的功能之一吧！
可能很多用户更为关心手机、平板等移动设备处理器、屏幕、内存容量、存储容量等配置信息，只有较少的用户才重视存储速度。但是，存储速度在今天对移动设备的使用体验有极为明显的影响。随着移动设备的处理器速度越来越快、内存带宽越来越大、软件体积日益膨胀，系统往往需要存储设备以更高的速度读取、写入数据，才能更快地完成任务，用户的体验才会更为流畅。目前移动设备最主流的标准是eMMC（Embedded Multi Media Card嵌入式多媒体存储卡），这个标准和PC在早期所使用的IDE接口类似，它们都采用并行总线来传输数据。不过，也和PC抛弃IDE接口的原因几乎一样，当前移动设备中的并行总线已经难以继续提升性能（或者说性能提升的成本和收益不成正比），人们需要一种全新的规范，于是UFS就应运而生了。
最大速度1.5GB/s——UFS更快
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，随后经过了多个版本的更替。在当时已经有相关厂商生产出相应的产品，不过那个时候的UFS 1.1速度不算很快，只有大约300MB/s，这个速度虽然比当时的eMMC早期版本要快不少，但由于eMMC本身也在发展，再加上兼容性和成本问题，因此UFS 1.1没有得到广泛普及应用就销声匿迹了。
随后，联合电子设备工程协会JEDEC发布了全新的UFS 2.0标准。相比之前的标准，全新的UFS 2.0有两个版本，其中UFS 2.0HS-G2的理论带宽为5.8Gbps，也就是最大约740MB/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，这个速度比部分PCI-E接口的SSD还要快，几乎是目前最快的eMMC5.X的大约2.5倍之多。如此高的速度能够显著提升系统运行时存取数据的速度，降低等待时间，提高工作效率，提升能耗比，甚至对移动设备的续航时间也有正面的效果，也完全可以轻松支持目前比较热门的4K视频摄录。此外，在人们使用高速的USB 3.0 Type-C或者苹果的Lighting接口传输数据时，瓶颈不再是存储芯片，数据可以更快的被转移到目标设备，大大节约了时间。
关于eMMC的那些事
eMMC是从iPhone、iPad这样的移动设备开始流行后，才逐渐走入人们生活的。eMMC和单纯的NAND闪存单元的差别在于，eMMC不但包含了NAND闪存单元，还内置了相关的控制芯片，包括错误侦测和纠正、平均擦写管理、坏块管理、掉电管理等相关的功能模块。对移动设备厂商来说，购买存储芯片不再需要关注相关控制器的搭配，而只需要购买成品eMMC芯片即可。此外，由于控制部分和存储部分封装、结合在一起，eMMC还能有效降低产品体积、缩小PCB占用面积，因此很适合在体积敏感的移动设备中使用。
在2013年，eMMC速度突破了100MB/s大关。当时的eMMC 4.41标准最大读写速度可达104MB/s，随后eMMC进入速度发展的快车道，新标准不断提升性能上限。比如eMMC 4.5的速度最大可达200MB/s，eMMC 5.0更是一举翻倍达到了400MB/s，最新的eMMC5.X速度达到了600MB/s——这时问题来了，受制于8位并行总线的天生桎梏，eMMC的速度继续提升就显得比较困难。并行总线对数据同步要求极高，抗干扰能力也不够强，在高速传输下，并行总线的缺点逐渐暴露，因此采用并行总线标准的eMMC速度提升也逐渐乏力。
除了速度难以继续快速提升外，eMMC由于标准制定较早，一些传输架构上的缺陷也逐渐暴露。比如eMMC依旧采用半双工模式，不能同时读写数据、不支持多线程、不支持队列、最大存储容量只有2TB等，这些缺陷都使得eMMC在未来难以继续发展更新。
现在来看，虽然eMMC速度潜力殆尽，技术上也存在一定的问题，但是目前eMMC的性能表现还不算落伍，最新的eMMC 5.0和eMMC 5.X还是基本可以满足用户需求的。考虑到成本、生产难度和市场惯性等因素，短期内eMMC还不会快速退出市场，这个过程大概需要维持两三年，eMMC才会被UFS这样的更新标准逐渐替代。
更多新功能——UFS 2.0更聪明
速度快自然更好，不过在很多情况下，速度快只是结果，是由很多新技术联合应用后才能达到如此高的传输速度，UFS 2.0也是如此。相比传统的eMMC，UFS 2.0拥有显著的优势。
首先，UFS 2.0的传输技术改为串行，这是最核心的改变之一。之前eMMC的并行传输方式是在早期传输频率较低的情况下较好的选择。eMMC采用8bit的并行总线方案，频率从eMMC V4.41的DDR 52MHz、eMMC V4.5的SDR200MHz再到eMMC V5.0的DDR200MHz，已经基本上达到了并行传输物理极限。由于并行总线数据传输是一起发送、一起到达的，对布线要求、延迟要求都很高，再加上传输中的干扰可能使得数据错误，因此频率越高并行传输就越脆弱，之前一些不曾出现的问题在高频率下都有可能被放大、暴露；考虑到目前芯片尺寸越来越小、频率越来越高，高频率的并行总线就更难以持续性发展了。正是看到这一点，UFS 2.0改用了串行传输，数据的抗干扰能力大幅度加强。串行传输的数据识别主要是依靠两条串行数据总线的电压差，即使存在干扰现象，电压差也比较稳定，不会出现难以识别的情况，因此可以依靠极高的传输频率来弥补较小的传输位宽的劣势。此外，串行传输还可以通过多条通道并行来提高速度。比如目前的UFS 2.0，就拥有两条通道，每条通道的速度为2.9Gbps（HS-G2）或者5.8Gbps（HS-G3），最终速度就是通道数量乘以通道速度。未来如果市场需要，UFS 2.0还可能继续在提升频率的同时提升通道数量，潜力非常大，足以满足未来五年之后的需求。 其次，UFS 2.0在改用串行总线后，不再使用eMMC的半双工方式，而改用了全双工方式。所谓半双工方式，是指传输总线不能同时收取和发送数据；全双工就是指收发数据可以同时进行。半双工方式运行时，如果某个任务需要立刻发送或者读取某数据，但此时系统在读取或者发送一个较大的文件，那么需要立刻执行的任务只有等待之前的任务完成后才能进行自己的任务，显然效率被降低了。UFS 2.0的全双工就不存在这样的问题，读取和发送可以同时完成，系统可以在向存储芯片写入数据的同时读取必要信息。一个很典型的操作环境就是用户使用向手机拷贝数据时，系统变得缓慢不说，文件打开和写入都受到严重影响，这就是eMMC的劣势，但是在UFS 2.0上，这样的问题就不复存在。
第三，UFS 2.0的数据指令系统基于SCSI架构，而之前的eMMC基于原生架构，显然SCSI架构要更为智能。原生架构很好理解，就是数据来了就处理，不会对存取需求做出优化排序。而SCSI架构则要聪明很多，它拥有多任务功能，可以支持多个请求同时发送，并且可以同步或者异步传输数据。在性能方面，SCSI架构的大部分数据读取处理可以由SCSI控制器直接完成，不需要CPU参与，CPU占用率大幅度降低。
此外，UFS 2.0还可以对对数据指令进行排序处理，组建命令队列，根据优先级来处理数据存取情况。举例来说，在使用了UFS 2.0的系统中，如果同时在下载大数据、更新应用程序、播放视频，那么显然播放视频优先级更高，这个时候数据下载和更新应用就会降低优先级，优先保证视频播放流畅。对用户来说，不会感觉到卡顿的情况，系统已经自动处理好相关任务，整体使用更为轻松。
第四，UFS 2.0对存储的支持也更好了。之前的eMMC采用32bit地址总线，最大只能支持2TB存储空间，虽然短期内看起来够用了但长远来看依旧是个缺陷。UFS 2.0在这一点上采用了比较灵活的处理方式，地址总线数量可以更多，因此最大容量能够轻松超过2TB。容量大了，功能上也不会差。UFS 2.0支持最多八个分区，可以从不同分区上启动系统，这些分区还可以独立加密，加强安全性。存储方面，UFS 2.0还可以将不同的存储块设置为独立的逻辑单元，对其进行并行的读写操作，大幅度提高了效率。
最后再来看看功耗。UFS 2.0相比eMMC，虽然速度快了很多、功能也复杂了很多，但是功耗表现上并没有什么明显增加。UFS 2.0的存储芯片典型的工作功耗大约1mW，待机功耗低于0.5mW，这些数据和eMMC都基本相当。不过需要注意的是，UFS 2.0的速度快了很多并且能够支持大量的智能配置功能，因此在进行相同的任务时，UFS 2.0的完成速度要高很多，这意味着功耗会由于更高的效率而变相降低，整体能耗比得以提升。
UFS 2.0——移动存储大革命
介绍了这么多，想必大家对UFS相关内容已经有比较深入的了解了。那么很多读者可能要问了：UFS 2.0的手机什么时候上市呢？目前市场上支持UFS 2.0的手机暂时只有三星Galaxy S6家族的某些型号。不过，随着新的处理器以及UFS 2.0存储芯片的上市，UFS 2.0的相关产品会逐渐多起来的。根据三星估计，UFS 2.0的产品在2015年左右开始出现，随后逐渐增多，在2019年的时候大概占据一半的市场份额，和eMMC 5.X规范分庭抗礼，再向后则完全取而代之。着急的用户还是稍安毋躁，毕竟新技术的推广和应用还需要一段时间。不过，当你下次更换手机时，就可以研究下新手机的存储是否采用了UFS 2.0或者更新的标准了，毕竟数据存储也是手机最重要的功能之一吧！