UFS در رقابت فناوری ذخیره سازی موبایل از Emmc پیشی گرفت

در دنیای دستگاه های تلفن همراه با کارایی بالا، سرعت ذخیره سازی مانند اسب بخار یک موتور مسابقه است که مستقیماً صاف بودن تجربه کاربر را تعیین می کند. برای سال ها، eMMC (کنترل کننده چند رسانه ای تعبیه شده) انتخاب اصلی برای ذخیره سازی داده ها در گوشی های هوشمند و تبلت ها بود. با این حال، با پیچیده‌تر شدن سناریوهای برنامه‌ها و افزایش حجم داده‌ها، یک فناوری ذخیره‌سازی پیشرفته‌تر - UFS (فشار جهانی فلش) - به عنوان استاندارد ذخیره‌سازی آینده ظهور کرده است. انتشار UFS 3.1 در سال 2020 به ویژه عملکرد ذخیره سازی موبایل را به ارتفاعات جدیدی رسانده است. اما UFS 3.1 دقیقا چیست؟ چگونه با eMMC مقایسه می شود؟ این مقاله تجزیه و تحلیل عمیقی از تفاوت های آنها ارائه می دهد و روندهای آینده در فناوری ذخیره سازی تلفن همراه را بررسی می کند.

UFS یا Universal Flash Storage یک مشخصات ذخیره سازی فلش است که برای دوربین های دیجیتال، تلفن های همراه، لوازم الکترونیکی مصرفی، خودرو و تجهیزات اتوماسیون صنعتی طراحی شده است. مفهوم اصلی آن بر ارائه راه حل های حافظه فلش با سرعت بالا، قابلیت اطمینان بالا و کم مصرف تمرکز دارد. استاندارد UFS توسط انجمن فناوری حالت جامد JEDEC توسعه و مدیریت می شود.

UFS با الهام از عملکرد بالای رابط های SATA که معمولاً در رایانه های شخصی استفاده می شود و در عین حال مزایای کم مصرف eMMC را حفظ می کند، قصد دارد بهترین های هر دو جهان را ترکیب کند. برخلاف استانداردهای قبلی eMMC، UFS بر اساس مدل معماری SCSI است و از صف فرمان برچسب‌گذاری شده SCSI (TCQ) پشتیبانی می‌کند و به سیستم‌های عامل اجازه می‌دهد چندین درخواست خواندن/نوشتن را به دستگاه‌های ذخیره‌سازی ارسال کنند. این قابلیت پردازش موازی به طور قابل توجهی کارایی ذخیره سازی را بهبود می بخشد.

استاندارد UFS به دنبال دستیابی به ترکیبی عالی از حداکثر کارایی و بالاترین کیفیت، ارائه تجربه کلی کاربر برتر است. این فناوری نسل بعدی فلش، زمان پاسخ‌دهی سریع‌تری را برای ورودی/خروجی داده‌ها، تسریع انتقال فایل، سرعت بوت و کپی داده‌ها فراهم می‌کند.

در نتیجه، UFS امکان چندوظیفه‌ای یکپارچه را فراهم می‌کند – کاربران می‌توانند به طور همزمان ویدیوهای با کیفیت بالا را تماشا کنند، بازی‌هایی با پهنای باند فشرده انجام دهند و چندین فرآیند پس‌زمینه را بدون وقفه اجرا کنند. این قابلیت برای کاربردهای خودرویی که تعداد فزاینده دوربین‌ها و حسگرها باعث می‌شود پهنای باند ذخیره‌سازی به یک عامل محدودکننده تبدیل شود، به همان اندازه حیاتی است.

استاندارد UFS 3.1 بهبود عملکرد قابل توجهی را نسبت به ذخیره سازی eMMC (کارت چند رسانه ای تعبیه شده) ارائه می دهد. در زیر یک تحلیل مقایسه ای مفصل در ابعاد چندگانه آورده شده است:

UFS از یک رابط سریال LVDS (Low-Voltage Differential Signaling) با مسیرهای خواندن/نوشتن مستقل استفاده می کند، که امکان برقراری ارتباط تمام دوبلکس واقعی را فراهم می کند که در آن عملیات خواندن و نوشتن می تواند به طور همزمان انجام شود. در مقابل، eMMC از یک رابط نیمه دوبلکس استفاده می کند که فقط می تواند خواندن یا نوشتن را در هر لحظه انجام دهد.

مزایای استفاده از Full-Duplex:

ارتباط دوطرفه امکان انتقال همزمان داده دو طرفه را فراهم می کند، شبیه به یک خیابان دو طرفه که در آن ترافیک در هر دو جهت به طور همزمان جریان دارد. این به طور چشمگیری کارایی انتقال داده را بهبود می بخشد و زمان انتظار را کاهش می دهد. برای دستگاه‌های تلفن همراه، این به معنای بارگذاری سریع‌تر برنامه، انتقال سریع‌تر فایل و تجربه کاربری روان‌تر است.

محدودیت های Half-Duplex:

ارتباطات نیمه دوبلکس شبیه یک خیابان یک طرفه است که در آن ترافیک باید جهت های متناوب را تغییر دهد. این باعث ایجاد گلوگاه های انتقال داده می شود که عملکرد کلی را کاهش می دهد.

UFS دارای صف فرمان (CQ) است که به طور موثر تمام عملیات و دستورات را برای اجرا ترتیب می دهد. این امکان پردازش همزمان دستورات چندگانه را با تنظیم بی‌درنگ ترتیب و اولویت کار فراهم می‌کند و کارایی ذخیره‌سازی را به میزان قابل توجهی افزایش می‌دهد.

eMMC فاقد صف فرمان است و مجبور است یک فرآیند را قبل از شروع فرآیند بعدی تکمیل کند. این رویکرد پردازش سریال عملکرد را محدود می کند، به خصوص در هنگام رسیدگی به درخواست های همزمان متعدد.

نحوه عملکرد صف فرمان:

صف فرمان مانند یک توزیع کننده هوشمند عمل می کند که چندین درخواست خواندن/نوشتن از سیستم عامل دریافت می کند و آنها را بر اساس اولویت و در دسترس بودن منابع زمان بندی می کند. با بهینه سازی ترتیب اجرا، تاخیر را به حداقل می رساند و کارایی ذخیره سازی را به حداکثر می رساند.

تنگناهای بدون صف فرمان:

بدون صف فرمان، eMMC باید درخواست‌ها را به‌طور متوالی همانطور که دریافت می‌شود اجرا کند. حتی اگر درخواست‌های بعدی اولویت بیشتری داشته باشند یا سریع‌تر تکمیل شوند، باید منتظر بمانند تا درخواست‌های قبلی تمام شود و تاخیرهای غیرضروری ایجاد کند.

UFS نسبت به eMMC مزیت سرعت فوق العاده ای دارد. UFS 3.1 حداکثر پهنای باند تئوری 23.2 گیگابیت بر ثانیه (2.9 گیگابایت بر ثانیه) را ارائه می دهد، در حالی که eMMC 5.1 حداکثر با سرعت 400 مگابایت بر ثانیه ارائه می شود - UFS 3.1 را بیش از 7 برابر سریعتر می کند.

تفاوت سرعت در دنیای واقعی:

این به راه‌اندازی سریع‌تر برنامه، انتقال سریع‌تر فایل، کاهش زمان بارگذاری بازی و به طور کلی پاسخگویی سریع‌تر سیستم در استفاده واقعی ترجمه می‌شود.

بهبود تجربه کاربر:

ذخیره سازی سریعتر دسترسی و پردازش سریعتر داده ها را امکان پذیر می کند و بهره وری و سرگرمی را افزایش می دهد. کاربران از باز کردن سریع‌تر فایل‌های بزرگ، انتقال سریع‌تر عکس/فیلم، راه‌اندازی سریع‌تر برنامه‌ها و تجربه بازی روان‌تر بهره می‌برند.

علیرغم برتری عملکرد، UFS مدیریت بهینه انرژی را برای به حداقل رساندن مصرف انرژی و در عین حال حفظ عملکرد بالا - برای افزایش عمر باتری دستگاه تلفن همراه بسیار مهم است.

فناوری های ذخیره انرژی UFS:

UFS از چندین تکنیک کم مصرف از جمله عملکرد ولتاژ پایین، تنظیم فرکانس دینامیکی و گیت برق استفاده می کند که مصرف را بر اساس حجم کاری واقعی تنظیم می کند.

چالش های قدرت eMMC:

در حالی که eMMC دارای برخی مزایای قدرت است، مصرف آن معمولاً در کاربردهای با کارایی بالا از UFS فراتر می رود زیرا برای دستیابی به عملکرد قابل مقایسه به ولتاژ بالاتر و دسترسی مکرر بیشتری نیاز دارد.

با توجه به عملکرد و کارایی برتر، UFS بر گوشی‌های هوشمند، تبلت‌ها و دستگاه‌های بازی برتر تسلط دارد، در حالی که eMMC همچنان در دستگاه‌های متوسط ​​تا پایین رده و سیستم‌های تعبیه‌شده رایج است.

کاربردهای آینده UFS:

با پیشرفت‌های 5G، AI و IoT که تقاضای ذخیره‌سازی را افزایش می‌دهد، راه‌حل با کارایی بالا و کم مصرف UFS نقش حیاتی فزاینده‌ای در سیستم‌های تلفن همراه و تعبیه‌شده آینده خواهد داشت.

طاقچه eMMC:

در حالی که UFS بر بخش ممتاز تسلط دارد، eMMC در برنامه‌های حساس به هزینه که در آن به کارایی شدید نیازی نیست، مرتبط است.

UFS به سمت سرعت های بالاتر، مصرف انرژی کمتر، قابلیت اطمینان بیشتر و عملکرد هوشمندتر در حال تکامل است. روندهای توسعه کلیدی عبارتند از:

• سرعت های بالاتر:UFS آینده فناوری‌های رابط و سلول ذخیره‌سازی پیشرفته را برای انتقال سریع‌تر داده‌ها اتخاذ خواهد کرد. UFS 4.0 در حال حاضر رابط MIPI M-PHY v5.0 را با حداکثر پهنای باند نظری 23.2 گیگابیت بر ثانیه (2.9 گیگابایت بر ثانیه) پیاده سازی می کند.
• مصرف برق کمتر:مدیریت پیشرفته انرژی مصرف انرژی را بیشتر کاهش می دهد و عمر باتری را افزایش می دهد.
• قابلیت اطمینان افزایش یافته:بهبود تصحیح خطا و فناوری های حفاظت از داده ها از دست دادن داده ها جلوگیری می کند.
• ذخیره سازی هوشمندتر:UFS آینده ویژگی های هوشمند مانند فشرده سازی داده ها، رمزگذاری و مدیریت را برای بهبود کارایی و امنیت یکپارچه خواهد کرد.

UFS از eMMC در تمام معیارهای مهم - طراحی رابط، پردازش فرمان، سرعت، بهره وری انرژی و سناریوهای کاربردی بهتر عمل می کند. از آنجایی که دستگاه های تلفن همراه نیاز به عملکرد ذخیره سازی بالاتری دارند، UFS به ناچار جایگزین eMMC به عنوان استاندارد آینده خواهد شد. در حالی که eMMC مزایای هزینه را در حال حاضر حفظ کرده است، فناوری در حال بلوغ UFS و کاهش قیمت ها به تدریج حتی این جایگاه را نیز از بین می برد. برای مصرف‌کنندگانی که اوج عملکرد و تجربه کاربری استثنایی را در اولویت قرار می‌دهند، دستگاه‌های مجهز به حافظه UFS انتخاب واضحی را نشان می‌دهند.