SSD、eMMC、UFSについて話す

時間:2020-11-21   アクセス:1032

現時点では、この記事を投稿すると、必然的にホットスポットをこする疑いがあります。しかし、コンピューターアーキテクチャの大学院生として、これらの用語が空中を飛び交うとき、私の好奇心は抑えられず、これらのテクノロジーの本質を知りたいと思いました。この記事では、特定のイベントについてコメントするのではなく、技術的な観点からこれら3つのテクノロジーを分析および比較するだけです。あなた自身の技術的予備力+人気のある科学としても。

まず、これら3つのテクノロジーは異なるタイプのフラッシュメモリ(フラッシュメモリ)です。主な違いは、コントローラ、インターフェイス標準、および下位レベルのフラッシュチップ標準にあります。コンピュータ/携帯電話などのシステムでの主な役割は、ストレージ/ファイルシステムとして機能することです。 (メモリとも呼ばれますが、保存されているメモリとは完全に異なることに注意してください)

以前は、コンピュータシステムの主なストレージデバイスは、アクセス速度が遅く、サイズが大きく、消費電力が大きく、振動に非常に敏感なメカニカルディスクであったため、小型のモバイルデバイスでの使用は困難でした。フラッシュメモリの登場後、可動部品がないため、上記のメカニカルハードディスクのさまざまな問題をほぼ完全に解決し、まもなくさまざまなモバイルデバイスで広く使用されるようになります。 (もちろん、フラッシュの書き込み操作と寿命の問題もより複雑ですが、これはこの記事の焦点ではありません)そしてフラッシュベースのSSDハードディスクのパフォーマンスは一般に従来のメカニカルハードディスクよりも優れているため、PC /サーバーの主流のストレージデバイスになっています。

SSD、eMMC、UFSはすべてフラッシュなので、それらの違いは何ですか?

それらの違いを理解するには、まずそれらが解決する問題を理解する必要があります。

SSDの主な機能は、PC /サーバー上のHDDハードディスクを交換することです。必要なもの:

大容量(100GB〜TBレベル)

パフォーマンスを向上させるための非常に高い並列処理

消費電力、容量、その他の要件に影響されない

既存のインターフェース技術(SATA、PCIなど)と互換性があります

eMMCとUFSはどちらも、主にモバイルデバイス用に発明されました。

適切な容量

適切なパフォーマンス

電力消費とボリューム要件に非常に敏感

特定のインターフェース標準に従う必要があるだけです(後で説明します)

違いを直感的に感じるために、下の図に示すように、PCIeSSDを見つけました。上の黒いチップはフラッシュです。

別の携帯電話を分解しましたが、その中のフラッシュチップは次のようになっています(真ん中の最大の黒いチップ)

1.jpg

違いがわかりますか? (以前に書いた記事が盗まれて再投稿されたので、写真をコーディングしなければなりませんでした、許してください)

SSDは、高い並列処理と高性能の要件を満たすために、複数のFlashチップを備えているため、各チップで独立した読み取りおよび書き込み操作を実行できます。これにより、並列処理でハードディスクのスループットを向上させ、冗長バックアップを増やすことができます。携帯電話のスペースと電力消費を節約するために、通常は高密度のフラッシュチップしかありません。

フラッシュチップを管理するための戦略と複数のフラッシュチップを管理するための戦略は明らかに異なるため、それらのコントローラーは完全に異なります。また、PCはSATA、PCIe、またはm2インターフェイスと互換性がある必要があります。これにより、コンピューターのハードドライブが故障した場合でも、プラグを抜いて同じインターフェイスの別のハードドライブと交換できます。引き続き使用できます。携帯電話のフラッシュチップのほとんどはマザーボードに直接はんだ付けされており、基本的に交換の問題を考慮する必要はありません。特定の規格に準拠している限り、CPUと正常に通信できれば問題ありません。したがって、インターフェイスの違いは、SSD、eMMC、およびUFSの重要な違いの1つでもあります。

さて、SSDと(eMMC、UFS)の違いは終わりました。多くの人が心配しているかもしれないeMMCとUFSの違いについて話しましょう。

eMMCとUFSはどちらもモバイル側フラッシュの標準ですが、違いは、インターフェイステクノロジがまったく異なることです。

eMMCは初期のテクノロジーであり、そのフルネームは埋め込みマルチメディアカードです。eが小文字であるのはなぜですか?既存のMMCのため。いわゆるMMC、聞いたことがないかもしれませんが、見たことがあるかもしれません。カメラでより多く使用され、SDカードと非常によく似ています(前の写真は間違っています。コメントでリマインダーをありがとうございます)。

2.jpg

MMCの前に埋め込まれているのは、主に、デバイスが回路基板に埋め込まれていることを強調するためです。 eMMCは、MMCと同様に、8ビットの並列インターフェースを使用します。伝送速度が高くない時代には、このインターフェースで十分です。ただし、デバイスが必要とするインターフェイス帯域幅がますます高くなるにつれて、並列インターフェイスの速度を上げることがますます困難になっています。 eMMCの最新の5.1標準の理論上の最大値は最大400MB / sに達する可能性があります。周波数をさらに上げることは不可能ではありませんが、費用対効果が高くない可能性があります。

幸いなことに、近年、インターフェースのシリアル化の流れは活発になっています。いわゆるインターフェースのシリアル化とは、簡単に言えば、エンジニアは、比較的広いパラレルインターフェースを使用して低レートで送信する代わりに、シリアルインターフェースを使用して非常に高速(帯域幅、電力、コスト)で送信する方が費用効果が高いように見えることを発見したことです。すべての側面の包括的な考慮)。そのため、この時点でUFSが登場し、パラレルインターフェイスが高速シリアルインターフェイスに置き換えられましたが、それでも完全二重、つまり読み取りと書き込みが同時に行われていました。したがって、eMMCと比較して、UFSの理論上のパフォーマンスは大幅に向上し、一部のSSDのレベルに達することもあります。下の写真で直感的に感じることができます。青いものはUFS、赤いものはeMMCです。もちろん、高いほど良いです。


3.png

([1] Micronの文書から引用した写真)


最後に、誰もがもっと心配するかもしれない質問があります:私はUFSを使用するシステムを設計しました、そして悲しいことに利用可能なUFSがないことに気づきました。それをeMMCに直接置き換えることはできますか?

UFSとeMMCのインターフェースは完全に互換性がなく、コントローラーはユニバーサルではないため、答えはノーです。 次の2つの図は、それぞれeMMCとUFSのインターフェイスです([2] [3] JEDEC標準から引用した図)。


4.png5.png

概略図であっても、両者の明らかな違いが見られます。 eMMCには、命令データの入力と出力をそれぞれ送信する2つのバスがあり、パラレルバスであるため、追加のデータストローブがあります。 また、UFSには2つの差分データレーンがあり、コマンドとデータの両方がパケットの形式で送信されます。 言うまでもなく、2本の信号線の電気的特性も大きく異なります。 これらは、制御側(CPU側)で非常に異なるSoCコントローラーと回路設計に直接つながります。

したがって、UFSをeMMCに置き換える前に、システムのSoCと回路基板を再設計する必要があります。これは、生産ラインでフラッシュチップを変更するほど簡単ではなく、長期間にわたって設計およびテストする必要があります。 そうでなければ、別の解決策をすぐに考え出したいのであれば、最初から互換性のある2つの解決策を設計する必要があるのではないかと思います。


----------------------------------------------------

[1] UFSが登場し、非常に高速です。

[2] JEDEC-JESD84-B51

[3] JEDEC-JESD220C




備考:志湖から移管


携帯サイト

携帯サイトのプレビュー