Jeśli przyjrzeć się rynkowi smartfonów na początku 2018 roku, można wytypować trzy trendy rozwoju wbudowanych pamięci flash.
eMMC
Embedded Multimedia Card to wciąż bardzo popularny standard pamięci zwłaszcza w smartfonach z dolnej i średniej półki. Historycznie eMMC wywodzi się w prostej linii z niegdyś popularnych kart flash MMC. W konsekwencji ma też ich wszelkie ograniczenia, takie jak synchroniczne operacje z długimi czasami oczekiwania. Zaletami eMMC są z kolei niskie koszty produkcji oraz, co bardzo istotne, niskie zużycie energii.
eUFS
eUFS to odmiana pamięci Universal Flash Storage i najczęściej stosuje się je w droższych smartfonach ze średniej półki oraz w topowych modelach, głównie tych z Androidem. Dla przykładu, pamięci eUFS 2.1 montowane są w Samsungach Galaxy S8.
NVMe
Firma Apple, jak zwykle, wytycza własne ścieżki i w iPhone’ach umieszcza zmodyfikowaną wersję kontrolera NVMe, wykorzystywanego w MacBookach.
Układy z eUFS 2.1 są obecnie najszybszymi pamięciami masowymi, jakie można zainstalować w smartfonach. To się zmieni jeszcze w tym roku z chwilą, gdy organizacja JEDEC Solid State Technology Association zakończy prace nad standardem UFS 3.0. Ma on wprowadzić wydajność SSD do świata telefonów. Od samego początku ideą, jaka przyświecała powstaniu standardu UFS, było zapewnienie transmisji szeregowej – ale za pomocą wielu, równoległych połączeń – idealnej do przetwarzania zadaniowego. Daje to możliwość łatwego podnoszenia przepustowości poprzez zwiększanie liczby równoległych połączeń w kolejnych wersjach standardu. Obecnie intencją JEDEC jest uzyskanie dwóch linii, z których każda osiągnie przepustowość około 2,4 GB/s, czyli wiekszą niż w dzisiejszym standardzie UFS 2.x.
Technologia SSD w telefonach
Żeby podnosić prędkość przesyłu danych, JEDEC stawia na technologię SSD. W ten sposób wymiana danych pomiędzy hostem UFS i pamięcią flash będzie zachodziła w trybie full-duplex, czyli tzw. jednoczesnej transmisji dwustronnej. Pozwoli to na równoczesny odczyt i zapis danych, czego nie da się zrobić stosując pamięć eMMC. W standardzie UFS za bezpieczeństwo i poprawność przesyłu odpowiadają dodatkowe kanały kontrolne, czuwające nad tym, czy dane zostały faktycznie dostarczone. Nie ma więc potrzeby długotrwałego oczekiwania na potwierdzenie dłuższej sekwencji zapisu danych. Sterownik UFS przekazuje całą komunikację do kontrolera UFS w hoście. Kontroler potrafi sortować nadchodzące rozkazy w taki sposób, by zoptymalizować szybkość ich przetwarzania. Jest to możliwe dzięki kolejkowaniu rozkazów (CQ – Command Queuing). Skolejkowane rozkazy UFS 3.0 może wysyłać do przetworzenia równolegle, a także nadawać im priorytety. Przykładowo dane zawierające strumień przetwarzanego wideo mogą być przekazywane do przetwarzania szybciej niż dane związane z aktualizowaniem aplikacji. Lista rozkazów UFS, za pomocą których realizowana jest transmisja szeregowa została wprost zaczerpnięta z protokołu SCSI.
Porównanie cech pamięci eMMC i eUFS
| eMMC | eUFS | |
| Liczba partycji | 4 | 8 |
| Partycje chronione | tak | tak |
| Maksymalna pojemność | 2 TB | ponad 2 TB możliwe |
| Wielowątkowość | nie | tak |
| Typ połączenia | równoległe | szeregowe |
| Zestaw instrukcji | własny | SCSI |
| Kanał komunikacji | half-duplex | full-duplex |
| Kolejkowanie rozkazów | nie | tak |
| TRIM / bezpieczny zapis | tak | tak |
| Zużycie energii – praca / czuwanie | ok. 1 mW / < 0,5 mW | ok. 1 mW / < 0,5 mW |
Jednym z głównych wymagań w urządzeniach mobilnych jest oszczędność energii. Nadrzędny cel dla nowej technologii to osiągnięcie efektywności zbliżonej do pamięci eMMC, które zapewniają zarówno ciągłość pracy jak i szybkość przechodzenia w stan czuwania. Ponieważ pamięci UFS są znacznie szybsze od eMMC, mogą też znacznie częściej przechodzić w stan czuwania, co w praktyce również przekłada się na oszczędność energii.
Karta UFS zastępuje microSD
Oprócz pamięci wbudowanej, wielu użytkowników smartfonów korzysta z zewnętrznych kart microSD. Są bardzo popularne, bo pozwalają łatwo i tanio poszerzyć ograniczoną zazwyczaj pojemność wewnętrznej przestrzeni na dane. Ale technologia UFS wkracza i na ten obszar. Konkurencyjny dla microSD format, znany jako karta UFS, istnieje już od roku 2016. I jest znacząco szybszy. Karty w standardzie UFS 1.0 osiągają prędkość przetwarzania danych na poziomie 600 MB/s, podczas gdy w przypadku kart microSD wynosi on zaledwie 100 MB/s. Karty UFS 2.0 pojawią się jeszcze w tym roku i zapewnią prędkość na poziomie 1,2 GB/s, a więc dwukrotnie wyższą niż UFS 1.0 i 12-krotnie wyższą niż microSD. Prekursorem tej technologii jest Samsung, który produkuje wspomniane karty, ale odpowiednich czytników wciąż na rynku brak, podobnie jak producentów gotowych szybko zintegrować je ze swoimi urządzeniami. Prędzej czy później karty UFS wyprą zapewne z rynku microSD – przewaga wydajności jest tu bardzo wyraźna.
Porównanie wydajności kart UFS i microSD
| Karta UFS 1.0 | Karta microSD | |
| Odczyt sekwencyjny (MB/s) | 530 | 104 |
| Zapis sekwencyjny (MB/s) | 170 | 95 |
| Losowy odczyt (IOPS) | 40000 | 2000 |
| Losowy zapis (IOPS) | 35000 | 150 |
W topowych smartfonach od roku 2019
Pisząc o UFS, trzeba wspomnieć o marce Phison. Ten tajwański producent kontrolerów pamięci masowych jest znany z aktywności w opisywanej dziedzinie. Phison już opracował prototypy pamięci UFS 3.0. Co prawda JEDEC zamierza zakończyć prace nad standardem wersji 3.0 w tym roku, ale, według specjalistów z firmy Phison, UFS 3.0 pojawi się w topowych smartfonach nie wcześniej niż w 2019 roku. | CHIP