Menu
CHIP Speedtest

SSD pro mobilní telefony

Universal Flash Storage 3.0 výrazně zrychluje paměť smartphonu - až na úroveň SSD disků pro počítače. Dokonce i náročné ukládací procesy jsou velice rychlé. 

Paměťové úložiště hraje v rychlosti celého systému nebo zařízení klíčovou roli. Uživatelé systému Windows to vědí velmi dobře. V posledních několika letech proto znamenala oblast počítačů velkou změnu v podobě přechodu od magnetických disků k SSD. Podobná změna se ale zatím neudála v oblasti smartphonů a ani uživatelé neočekávají, že by tato zařízení mohla pracovat výrazně rychleji. V podstatě jen odborníci vědí, že flash paměť smartphonů zaostává a je výrazně pomalejší než v případě počítačů. U SSD disků s rozhraním NVMe, které je optimalizované pro flash paměť, jsme totiž naměřili přenosovou rychlost až 2,7 GB/s, u paměti smartphonů eMMC (embeded Multimedia Card) však můžete počítat s přenosovou rychlostí jen v rozmezí 200 až 400 MB/s.

V současné době se ve smartphonech používají v podstatě tři typy pamětí. eMMC: embeded MultiMedia Card je v oblasti mobilních telefonů nižší a střední cenové úrovně velice populární, ale už je na ústupu. Historicky je paměť eMMC následovníkem multimediálních paměťových karet MMC, a proto si nese i jejich nevýhody, jako je například synchronní provoz a dlouhé čekací doby. Má ale i své výhody, ke kterým patří levná výroba a nízká spotřeba energie.
eUFS: eUFS je vestavěná verze univerzálního paměťového úložiště Universal Flash Storage (UFS) a v současné době se používá v podstatě jen v hi-endových smartphonech s Androidem a některých modelech střední třídy. Například paměť eUFS 2.1 najdete ve smartphonu Samsung Galaxy S8 (viz vpravo nahoře). NVMe: Společnost Apple jde, tak jako často, svou vlastní cestou a ve svých iPhonech používá modifikovanou mobilní verzi řadiče NVMe, používaného v Macboocích.

Paměťové čipy s eUFS 2.1 jsou v současné době nejrychlejší, jaké je možné do smartphonů integrovat. To by se ale mělo v blízké době změnit, protože asociace JEDEC Solid State Technology Association momentálně pracuje na dokončení standardu UFS 3.0, s jehož nasazením se počítá právě do moderních chytrých telefonů. Paměti UFS 3.0 by měly dosahovat stejné rychlosti, jakou dosahují SSD disky u osobních počítačů.

V případě UFS se hned od počátku počítá se sériovým propojením přes několik spojů, které je ideální pro paralelní zpracování. Do budoucna bude možné snadno zvýšit počet datových linek a vyšší verze standardu tak snadno přinese zvýšení přenosové rychlosti. V současné době se JEDEC zaměřuje u UFS 3.0 na dva spoje s rychlostí 2,4 GB/s, což je dvojnásobná rychlost oproti už používanému UFS 2.x.

SSD technologie ve smartphonech

Pro rychlostní optimalizaci využívá JEDEC technologii známou z SSD. Tímto způsobem mohou být data vyměňována mezi UFS a flash pamětí v režimu duplexního přenosu. Je tak umožněn přístup k úložišti současně pro zápis i čtení. Toho není paměť eMMC schopná. A navíc UFS zajišťuje bezpečný přenos dat. Zbytečné prodlevy, například při čekání na další zápis, tak odpadají. Kompletní komunikace je předávána hostitelskému řadiči UFS prostřednictvím ovladače UFS. Řadič může třídit příchozí příkazy tak, aby byly zpracovávány co nejrychleji pomocí fronty příkazů Command Queuing (CQ) - viz níže vpravo. Z fronty UFS 3.0 se pak předává více příkazů paralelně. V tomto bodě také dochází k prioritizaci, takže například video běžící na popředí se dostane k datům rychleji než aktualizace aplikace běžící na pozadí, která má nižší prioritu.

Použití v mobilních zařízeních si však vyžádalo i další úpravy. Technologii SSD by bylo možné začlenit do smartphonů hned a bez problémů. Zásadním požadavkem v mobilním sektoru je ale úspora energie. Cílem je dosáhnout energetické efektivnosti UFS 3.0 na úrovni eMMC při provozu i v režimu stand by. Vzhledem k tomu, že operace čtení a zápisu jsou v případě UFS mnohem rychlejší než u eMMC, paměť může častěji zůstat v pohotovostním režimu, což by mělo v praxi také přinést úsporu energie.

Karta UFS nahradí microSD

Na rozdíl od vnitřní paměti znají uživatelé mobilních telefonů externí paměťovou kartu microSD. Tato miniaturní kartička je velice populární, protože pomocí ní lze velmi snadno rozšířit paměť telefonu nebo tabletu s Anroidem. UFS se však chce prosadit i v této oblasti. Konkurence pro kartu microSD v podobě karty UFS card už existuje od roku 2016, a je podstatně rychlejší. Zatímco UFS 1.0 pracuje s přenosovou rychlostí až 600 MB/s, u karty microSD je maximem 100 MB/s. Už letos by se přitom měla objevit i karta UFS 2.0, která zvládne dvojnásobnou rychlost, tedy 1,2 GB/s. Průkopníkem v této oblasti je Samsung, který výše uvedené paměťové karty vyrábí. Stále však pro ně chybí kompatibilní čtečky a další výrobci, ochotní začlenit tuto technologii do svých smartphonů. Lze ale očekávat, že se dříve či později, právě kvůli vyšší přenosové rychlosti, karty UFS prosadí na úkor microSD karet.

V nejlepších smartphonech od roku 2019

A když už mluvíme o UFS, moc se o této paměti nedozvíte ani na webu Phisonu. Tento tchajwanský výrobce paměťových řadičů je v tomto oboru na špičce a určuje v něm trendy. A právě Phison už vyvinul první prototypy UFS 3.0 pamětí. JEDEC by měl standard 3.0 přijmout v roce 2018, podle společnosti Phison se ale UFS 3.0 objeví ve špičkových smartphonech až v roce 2019.

***

Rychlá mobilní paměť

UFS flash paměť zrychluje práci mobilních telefonů, podobně jako SSD disky zrychlují práci osobních počítačů. Postupně nahradí pomalé eMMC paměti. Čip eUFS už najdete například na základní desce smartphonu Samsung Galaxy 8 (viz vpravo). UFS by se mělo dostat i do paměťových karet a konkurovat oblíbeným microSD kartám.

UFS jako disk (eUFS)

Pomalejší, ale cenově dostupné mobilní datové úložiště eMMC bude v následujících letech nahrazeno eUFS flash pamětí. Dokonce už současný standard UFS 2.0 je výrazně rychlejší a další verze eUFS budou náskok ještě zvyšovat.

Srovnání rychlosti eMMC vs. eUFS
eMMC 4.5 200 MB/s
eMMC 5.x 400 MB/s
eUFS 2.x 1 200 MB/s
eUFS 3.0 2 400 MB/s

Při porovnání rychlosti pamětí Universal Flash Storage a eMMC jasně vede eUFS. Pouze poněkud dražší výroba UFS hraje zatím ve prospěch eMMC.

***

UFS jako paměťová karta (UFS card)

Dokonce i v případě paměťových karet je Universal Flash Storage lepším řešením a stávající standard microSD se dostává na své limity. UFS je prostě modernější řešení. Karta UFS je rychlejší při čtení i zápisu a navíc nabízí i rychlejší přístupové doby.

Porovnání rychlosti karet UFS a microSD.

UFS Card 1.0 microSD Card
Sekvenční čtení (MB/s) 530 104
Sekvenční zápis (MB/s) 170 95
Náhodné čtení (IOPS) 40 000 2 000
Náhodný zápis (IOPS) 35 000 150

Až doposud se nedařilo kartám UFS prosadit se na úkor populárních karet microSD. S plány týkajícími se přechodu na standard UFS 2.0 a se zvýšením rychlosti se jejich výhody ještě zvýrazní.

***

UFS využívá vyzkoušenou technologii SSD

Během vývoje UFS se normalizační orgán JEDEC soustředil na funkce, které už byly použity u technologie SSD. To zahrnuje použití sériového připojení, přenos dat po více kanálech, řazení příkazů Command Queuing a duplexní komunikaci, tedy současný zápis i čtení.

eMMC v porovnání s eUFS

eMMC eUFS
Počet partition / bootovací partition 4/* 8/*
Možnost chráněné partition * *
Maximální kapacita 2 TB > 2 TB
Multithreading * *
Typ připojení paralelní sériové
Sada příkazů nativ SCSI
Komunikační kanál poloduplex plný duplex
Command Quering * *
Trimování / bezpečné smazání */* */*
Spotřeba energie provoz / stand by ca. 1 mW/<0,5 mW ca. 1 mW/<0,5 mW
* ano * ne

O autorovi| JÖRG GEIGER, autor@chip.cz


Příbuzná témata: