114,72
Рейтинг

NVMe против UFS 3.1: Битва типов памяти в смартфонах. Разбор

Блог компании Droider.RuПроизводство и разработка электроникиНакопителиНанотехнологии
iPhone быстрые? Да! Но почему?

Apple мало что рассказывает нам про внутренности своих девайсов. Как будто скрывает от нас страшную тайну!

Например, знали ли вы что в iPhone и в Android используется совершенно разный тип флеш-памяти? NVMe в iPhone и UFS в Android.


Может в этом секрет скорости девайсов Apple? Сегодня разберемся в том, как устроена флеш-память. Узнаем, чем отличаются стандарты памяти? И главное — сравним, кто всё-таки быстрее Android или iPhone! Такой информации больше нигде не найдете. Так что, читайте и смотрите до конца!

Флеш-память


Начнём с того что на флешках, картах памяти, в смартфонах и SSD-дисках — везде используют один тот же тип памяти — флеш-память. Это современная технология, пришедшая на смену магнитным носителям информации, то есть жестким дискам.

У флеш-памяти куча преимуществ. Она энергоэффективная, дешевая, прочная и безумно компактная. На чипе размером с монетку помещается до терабайта данных!



Размер чипа Toshiba на фото 16x20 мм

Но как удаётся хранить такие огромные объемы информации при таких крошечных размерах?

Как работает флеш-память?


Давайте разберемся как устроена флеш-память.

Базовая единица современной флэш-памяти — это CTF-ячейка. Расшифровывается как Charge Trap Flash memory cell, то есть Память с Ловушкой Заряда. И это не какая-то образная ловушка а самая настоящая.



Эта ячейка способна запирать электроны внутри себя и хранить их годами! Примерно как ловушка из фильма «Охотники за привидениями». Так что даже если ваш SSD-диск ни к чему не подключен и просто так лежит в тумбочке, знайте — он полон энергии.

Наличие или отсутствие заряда в ячейке компьютер интерпретирует как нули и единицы. В общем-то как и всё в мире технологий.



Таких ячеек много и они стоят друг над другом. Поэтому такая компоновка ячеек называется Vertical NAND или VNAND. Она крайне эффективна и очень интересно организована.



Многоэтажная память


Небольшая аналогия. Представьте, что память — это огромный многоэтажный жилой комплекс, в котором каждая квартира — это ячейка памяти.

Так вот, в одном доме этого ЖК всегда 6 подъездов, на каждом этаже одного подъезда размещается 32 квартиры, т.е. ячейки памяти. А этажей в таком доме может быть аж 136 штук, но только если это самый современный дом. Такой дом с шестью подъездами называется блоком памяти.



К чему я это всё? NAND память организована так, что она не может просто считать и записывать данные в какую-то конкретную ячейку, ну или квартиру. Она сразу считывает или перезаписывает весь подъезд!

А если нужно что-то удалить, то стирается сразу целый дом, то есть блок памяти. Даже если вы просто решили выкинуть ковер в одной квартире — не важно. Весь дом под снос!

Поэтому прежде чем удалить что-либо приходится сначала скопировать всю информацию в соседний блок.

А если памяти на диске осталось мало, меньше 30% от общего объема, то скорость работы такого диска сильно замедляется. Просто потому, что приходится искать свободный блок- место для копирования.

Так что следите за тем, чтобы память на телефоне или SSD-диске были заполнены не более чем на 70%! Иначе всё будет тупить.

Кстати, по этой же причине стирание информации потребляет намного больше энергии, чем чтение и запись. Поэтому хотите сэкономить заряд, поменьше удаляйте файлы!

Напомню, что в жестких дисках, которые HDD, другая проблема. Там информация считывается по одной ячейке. Жесткий диск вращается, а считывающая головка ездит туда-сюда по всей поверхности диска. И, если файлы разбиты на фрагменты, хранящиеся в разных концах диска — скорость падает. Поэтому, для HDD полезна дефрагментация.

Что такое спецификация?


Но вернёмся к флеш-памяти. Естественно сам по себе чип с памятью бесполезен потому как всей этой сложной структурой нужно как-то управлять. Поэтому существуют целые технологические стеки, которые всё разруливают. Их называют стандартами или спецификациями.

Еще разок!

Есть чип с флеш-памятью, как правило это NAND память. Там хранятся данные.

А есть спецификация — это целый набор технологий вокруг чипа, программных и аппаратных, которые обеспечивают взаимодействия с памятью. Чем умнее спецификация, тем быстрее работает память.

Так какие же спецификации используются в наших смартфонах и какая из них самая умная? Давайте разберёмся.

eMMC


Выход первого iPhone в 2007 году спровоцировал постепенный отказ от карт памяти. Появилась потребность в новом стандарте недорогой флеш-памяти для мобильных устройств. Так появился eMMC, что значит встроенная Мультимедиа карта или Embedded Multimedia Card. То есть прям как eSIM (Embedded SIM).

Стандарт eMMС постепенно обновлялся и его скорости росли. И eMMC до сих пор используется в большинстве смартфонов, но данный стандарт явно не рекордсмен по скорости и сильно проигрывает тем же SSD дискам.






UFS


Тогда в 2014 году появился новый стандарт с нескромным названием Universal Flash Storage или UFS! Новый стандарт был во всём лучше eMMC.



Во-первых, в UFS последовательный интерфейс. А это значит, что можно одновременно и записывать и считывать. eMMC мог делать только что-то одно. Поэтому UFS работает быстрее!



Во-вторых, он в два раза более энергоэффективный в простое.

Эффективнее работает с файлом подкачки когда ОЗУ забита. И еще, существуют UFS карты памяти, которые могут быть бесшовно интегрированы во внутреннем хранилище! Это же полноценная модульная память!

Кстати, по этой причине, внутреннюю память телефона правильнее называть eUFS. Embedded, ну вы помните.



UFS вышел сразу же в версии 2.0 в 2015 году, а первым телефоном с этим стандартом стал Samsung Galaxy S6. Samsung так гордились скоростью памяти, что даже выкинули слот microSD из Galaxy S6. Казалось бы, судьба стандартов флеш-памяти предрешена — вот он новый король. Новый USB мира флеш-памяти.

Но внезапно выходит iPhone 6s и мы видим это!





Что? Как такое возможно? Что за чудо память в этих iPhone? Похоже, Apple пошли какой-то своей дорожкой. Если стандарты eMMC и UFS — наследники каких-то там детских карт памяти, то память в iPhone — прямой наследник взрослых SSD-дисков. Потому как в iPhone используется спецификация памяти NVMe. Такая же память используется в компах и ноутбуках.

NVMe


Название NVMe довольно сложно расшифровывается - NVM Express (NVMe, NVMHCI — от англ. Non-Volatile Memory Host Controller Interface Specification).

Но ключевое слово в названии Express! Почему?

Спецификация NVMe специально разрабатывалась для SSD-дисков с памятью NAND, подключенных по шине PCI Express.

NVMe создавался с нуля как новый способ эффективной работы с SSD-дисками. Из него убрали всё лишнее и сосредоточились на скорости.

Поэтому, благодаря короткому технологическому стеку, NVMe имеет большое преимущество при случайной записи и чтении блоков над остальными стандартами.



Что это значит?

Это свойство особенно полезно для работы операционной системы, которая постоянно считывает и генерит кучу маленьких файлов размером по 4 КБ. Случайное чтение и запись NVMe — это то, что делает iPhone таким быстрым.

Но, естественно, Apple не могли просто запихнуть целый SSD в смартфон. Они модифицировали протокол NVMe и разработали свой кастомный PCI-E контроллер.

Поэтому, то что стоит в iPhone — решение абсолютно уникальное и в своё время было революционным. А они об этом даже ничего не сказали! Как всегда делает Apple.

Такая же история с MacBook. Apple первыми отказались от HDD. И они всегда ставят самую быструю память в ноуты. Во многом поэтому, даже на более слабом железе Mac ощущаются быстрее Windows-ноутбуков.

Тесты


Но вернёмся к смартфонам. Мы выяснили, что Android используют UFS-память, а Айфоны NVMe. Но проблема в том, что сложно сказать какая память действительно быстрее.

Скажем так есть, крутое сравнение от компании Micron. На базе кастомного Android девайса они сравнили NVMe и UFS 2.1 и получили преимущество NVMe по всем показателям! Вот такие:

  • Последовательная запись > 28%
  • Последовательное чтение > 15% быстрее при последовательном чтении.
  • IOPS (случайная запись и чтение) > 30%







CPDT Бенчмарк


Но кому это интересно? Сейчас много где есть UFS 3.0, а в Redmi K30 Pro вообще UFS 3.1.

Только посмотрите UFS 3.1 быстрее UFS 2.0 по разным показателям вплоть до 8 раз. Вот с чем надо сравнивать!

UFS 2.0 vs UFS 3.1


  • Последовательное чтение — 6X
  • Последовательная запись — 8X
  • Случайное чтение — 5.3X
  • Случайная запись — 5X



Значит надо просто скачать одинаковый тест под iPhone и Android, и готово! Мы узнаем — кто чемпион. Только знаете что? Нет такого теста! Поверьте мы искали. Есть спорные тесты с непонятной методологией (PerfomanceTest), но приличного ничего нет.

Кроме… Вот этого чудесного теста: Cross Platform Disk Test. Работает на всех платформах, подробно описана методология тестирования. И даже есть результаты тестов некоторых iPhone:



Но вот незадача, версия приложения для iOS так и не была выпущена.

Но мы не отчаялись! Как выяснилось, разработчика зовут Максим, он из Минска. Поэтому мы с ним связались и Макс любезно предоставил нам девелопер версию приложения под iOS.

Поэтому сегодня мы наверняка узнаем где всё-таки быстрее память: На самых последних iPhone или на самых крутых Android-смартфонах:

  • iPhone 11 Pro — NVMe
  • Oneplus 8 Pro — UFS 3.0
  • Redmi K 30 Pro — UFS 3.1
  • и Macbook Pro 16 — NVMe



В итоге побеждает дружба, в последовательной записи вроде бы все очень неплохо у Apple, но по произвольной они подчистую сливают Android-смартфонам.  В копировании — буквальное равенство результатов. При этом заметьте, что Poco F2 Pro с UFS 3.1 показал себя в тестах никак и проиграл и Sony Xperia 1 II, и OnePlus 8 Pro. Возможно решает не только это! А вот в сравнении с «взрослым» NVMe в ноутбуках мобильный NVMe в 3-4 раза медленнее и это конечно не радует. С другой стороны это значит, что смартфонам есть куда расти!



Еще раз хотим поблагодарить Максима за помощь и инструкции! Помните, тест не из лёгких, поэтому если у вас будет вылетать не ругайтесь!
Теги:iphoneiosandroidapplenvmeufsssdnandvnandeMMCPCI Express
Хабы: Блог компании Droider.Ru Производство и разработка электроники Накопители Нанотехнологии
+18
11,8k 31
Комментарии 39

Похожие публикации

Лучшие публикации за сутки

Информация

Дата основания
Местоположение
Россия
Сайт
droider.ru
Численность
2–10 человек
Дата регистрации

Блог на Хабре