选择eMMC、UFS还是NVMe？手机ROM存储传输协议分析手机闪存「选择eMMC、UFS还是NVMe？手机ROM存储传输协议分析」

随着半导体技术的日新月异，手机ROM的容量也突飞猛进。 在当今的旗舰手机中几乎不可能找到16GB ROM。 新发布的8/8 Plus也砍掉了32GB版本，直接从64GB起步。 系统固件、应用程序和各种文件容量的逐渐增大，不仅对闪存容量提出了很高的要求，也对读取速度提出了很高的标准。 在购买大存储容量的机型时，我们不能忽视闪存的速度。 在目前的手机市场中，决定闪存速度的因素除了颗粒类型和系统优化之外，最关键的影响就是不同传输协议的影响。

基于NAND的三大派别

我们在评论中经常提到的ROM是闪存( )。 手机上安装的应用程序的数据和缓存将存储在ROM中。 ROM 越快，应用程序的加载和运行速度就越快。 第一个商用闪存是东芝推出的NOR芯片，后来东芝又发布了NAND​​。 NAND的读写速度更快，每个存储单元的面积也更小。 已逐渐占据存储市场的主流。 现在广泛应用于PC上的SSD和手机上的ROM中。 它们本质上是 NAND 闪存。

▲随着手机ROM的增加，越来越多的用户不再使用卡。 一方面，这是因为手机ROM足够使用。 另一方面，卡的读取速度大多不如NAND，体验参差不齐。

虽然手机ROM都是由NAND闪存颗粒组成，但由于颗粒类型和传输协议不同，传输性能存在明显差异。 就存储颗粒类型而言，SLC、MLC 或 TLC 哪一种更好一直存在争论。 SLC性能最好，但由于成本较高，目前几乎没有手机使用； MLC性能好用，价格适中，寿命长； TLC综合性能低、价格低、寿命相对较短。

▲虽然大部分用户认为MLC颗粒更好，但随着制造工艺的进步和TLC成本的逐渐降低，TLC产品开始大量推出，MLC产品的份额不可避免地被蚕食。

从传输协议来看，eMMC、UFS和NVMe是目前手机闪存市场上常见的三种。 差异主要在于主控芯片、接口标准和下层芯片标准。 如果将传输协议比作高速公路上不同限速的车道，那么粒子类型就是不同马力的车辆，最终的组合自然会以不同的速度运行。

多媒体卡

eMMC是一项起源较早的技术，它的全称是Card。 有经验的手机玩家可能还记得过去一些手机上使用的MMC存储卡，它与SD卡非常相似。 是的，eMMC是在MMC的基础上发展起来的，和MMC一样，它采用8位并行接口。 2015年之前，几乎所有主流智能手机和平板电脑都使用这种存储介质。 在传输速率不高的时代，并行接口对于手机来说就足够了。

该标准从eMMC 4.3发展到现在的5.1。 改变的是总线接口的带宽。 目前eMMC的总线接口主要有eMMC 4.4、eMMC 4.5、eMMC 5.0、eMMC 5.1。 理论带宽为/s、/s、/s、/s，实际应用中速度会略有折扣。

▲ 采用并行接口的eMMC已经逐渐无法满足当前手机用户的需求。 即使不断升级，也只是拓宽单向街道，无法高效实现“双向交通”。

超高速文件系统

UFS的全称是通用闪存。 最早的UFS 1.1的速度并不算快，理论带宽只有/s。 由于成本和兼容性的限制，速度上没有明显优势的UFS 1.1在流行之前就消失了。 新的USF 2.0标准已经发布，并出现了两个版本。 UFS 2.0 HS-G2的理论带宽约为/s，速度更快的UFS 2.0 HS-G3理论带宽为1.5GB/s，是目前最快的。 是 eMMC 5.1 的 2.5 倍。 UFS采用串行接口，支持数据的同时读写，待机模式下的功耗仅为eMMC的一半左右。

2016年3月，UFS 2.1闪存存储标准发布。 与UFS 2.0相比，速度标准没有变化。 仍然是强制性标准HS-G2和可选标准HS-G3。 改进主要分为三个部分：设备健康、性能优化和安全防护。 对于闪存厂商来说，由于UFS 2.0已经推出了HS-G3对应的版本，因此选择较低标准的UFS 2.1已经没有太大意义。 因此，市面上所有的UFS 2.1均采用可选的HS-G3标准，其最大读写速率为1.5GB/s。

▲不同版本的eMMC和UFS协议对最大读写速率有非常明显的影响

NVMe

NVMe（NVM）最初是为SSD而生，用于取代SSD上的SATA接口。 2015年，苹果在6s/6s Plus上引入了广受好评的NVMe协议。 大容量版本还支持TLC/SLC混合缓存加速，让上的NAND闪存达到与SSD相媲美的性能。 与eMMC使用的SDIO接口不同，NVMe使用PCIe接口。 这个PCIe不是PC上的，而是基于MIPI M-PHY物理层的PCIe。 与传统的SCSI接口协议相比，NVMe协议具有高效率、低负载的特点，因此具有更高的性能和低延迟。

三种协议的真实性能

了解了三种协议在手机闪存中的优缺点后，我们来看看它们出现在哪些机型中，实际体验上有哪些差异。

NVMe由推出，目前仅出现在6s以后的机型中。 显然，这是苹果自己定制的技术，因为目前市场上还没有可用的解决方案。 在同一型号上，虽然不同容量的版本均采用NVMe传输协议，但也存在MLC和TLC颗粒混合的情况。

以7 Plus为例，32GB版本采用MLC颗粒，7 Plus版本采用TLC颗粒。 在大容量版本上，NVMe提供了TLC/SLC混合缓存加速，将部分TLC模拟为SLC缓存进行加速，导致“皇帝版”和“乞丐版”的读写速度存在明显差异。 通过测试，测试了7 Plus 32GB和7 Plus版本的读写速度。 32GB版本的读写速度分别为/s和39.6MB/s，而32GB版本则达到了/s和/s。

▲凭借其引入的NVMe闪存的优势，苹果6s/6s Plus的闪存读写速度在当时几乎无人能敌。

幸运的是，iOS系统并没有那么开放。 未破解状态下，无法在手机上进行文件管理操作，连接电脑后也无法直接进行文件写入操作。 因此，一般情况下，“丐版”的书写速度感觉与“皇帝版”并没有明显的区别。 要知道，7 Plus版本比32G版本贵了800元，这个价差足够买千元机了。

刚刚问世的8 Plus还有64GB版本和64GB版本。 希望这次“乞丐版”不再使用MLC颗粒，让用户花更少的钱，享受和“皇帝版”一样的待遇。 毕竟与手机的生命周期相比，TLC的寿命已经足够长，而且读写速度可以显着提升用户体验。

▲从6s开始，苹果在手机闪存上引入了NVMe协议（图中红域为闪存模块）。

UFS常见于该阵营的高端旗舰机型中，包括UFS 2.0 HS-G3和UFS 3.0 HS-G3。 由于两者的最大读写速度相同且实际性能非常接近，因此消费者很容易混淆。 以三星S8使用的东芝UFS 2.0协议闪存（型号，MLC颗粒）为例，实测最大读取速度为744.56MB/s，写入速度为155.84MB/s，与东芝UFS2相同三星S8+使用的.1闪存（型号，MLC颗粒）读写速度没有差异。 但后者的顺序读、顺序写、随机读、随机写速度分别比前者快40%、16%、120%、80%。 在手机的日常操作中，我们恰恰需要读写大量的小文件。 随机读写操作占绝大多数，而大文件读写操作，例如高清电影的情况很少见。

此外，绝大多数中低端手机仍在使用eMMC协议闪存。 更低的成本、更大的产量和足够的性能暂时不会让它过时。 同时，这些手机的闪存颗粒大多是价格相对便宜的TLC。 通过对使用eMMC 5.1协议闪存的手机进行测试，其连续读写速度分别为226.51MB/s和87.8MB/s。

作为普通用户，如果厂家没有注明详细规格，我们如何判断其使用的是哪种协议呢？ 很简单，只要安装一个可以读取手机软件系统底层信息的App——终端模拟器即可。 安装完成后，输入“ls /proc/fs/*”（不带引号）并回车。 如果出现的信息中包含“sdd”，则说明使用的是UFS闪存； 如果出现的信息中包含“”，则表示是eMMC闪存。 。

读写速度的影响

1. 多任务处理和更快的响应时间

NVMe和UFS具有特殊的串行接口，读写操作同时进行； 队列任务可以动态分配，无需等待上一个进程结束。 相反，eMMC的读写操作必须分开执行，指令也是打包的。 在执行多任务处理时，eMMC自然慢了一步。

2.游戏加载速度更快

当预读大型游戏或大文件时，NVMe和UFS需要的时间更短。 加载一个游戏所需的时间约为eMMC 5.0的1/3。 相应的，体验游戏时的延迟更低，画面更流畅。 。 一个明显的例子就是分别使用6s和6s来运行《极品飞车》系列游戏。 在预读轨迹图时，很明显前者的加载时间更长。 除了不同处理器的影响之外，闪存的读写速度差距也是主要原因之一。

3.连拍照片写入速度更快

NVMe、UFS和eMMC之间的体验差异还在于连拍。 NVMe和UFS可以在连续拍摄照片时使照片写入和合成速度更快。 拍摄eMMC时，从按下快门到存储照片需要更长的时间，因此错过了绝佳的拍照机会。 同时，现在非常流行的双摄手机在进行背景虚化或变焦拍摄时，都会有一个合成过程。 这个过程在高速闪存上执行时几乎没有延迟，但如果切换到eMMC闪存上，可能会影响用户的拍摄体验。

4.相册缩略图加载时间更短

当手机里装满了数百甚至数千张照片时，你可以通过打开相册中的图片缩略图来清楚地对比加载过程。 这是由于手机读取闪存中的照片时，刷新速度跟不上造成的。 在优秀的手机屏幕上，屏幕会通过滑动流畅加载，但在较差的手机上，就会出现明显的延迟甚至卡顿。

5.速度更快，功耗更低

NVMe和UFS闪存在同一任务上花费的时间更少，更高的效率意味着更低的功耗。 同时工作时，UFS的功耗比eMMC低10%，日常工作时可节省约35%的功耗。

总结

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