小米10的Write Turbo是新技術嗎?其原理是什麼?有什麼影響?

大哥大雜談 發佈 2020-02-10T03:05:45+00:00

UFS3.1的三項新功能其實嚴格來說小米說的那3個功能中HPB是可選的,具體來說UFS 3.1標準在UFS 3.0基礎上新增了三個功能和一個可選功能,他們分別是Write Booster、DeepSleep、Performance Throttling Notification和

最近小米為了宣傳小米10,相關預熱活動進行的也是火熱朝天,先是大讚了一番LPDDR5,隨後又宣稱自己用了新一代的UFS 3.0快閃記憶體,在這個期間小米還科普了UFS 3.0和UFS 3.1的區別,說到UFS 3.1通過新增3個功能來提升性能,分別是Write Turbo、Deep Sleep和HPB

當然在宣傳的過程中,或多或少的會提到競爭對手因為SOC的限制,而無法支持LPDDR5和UFS 3.1,後面更是提到小米10的對標產品就是華為的P系列和Mate系列產品,而且指出榮耀其實沒有什麼熱度,榮耀的那點熱度都是靠盧總帶起來的,總之這個過程充滿了歡樂的氣氛,感興趣的可以去圍觀。

UFS 3.1的三項新功能

其實嚴格來說小米說的那3個功能中HPB是可選的,具體來說UFS 3.1(JESD220E)標準在UFS 3.0(JESD220D)基礎上新增了三個功能和一個可選功能,他們分別是Write Booster、DeepSleep、Performance Throttling Notification和可選的HPB功能。

  • Write Booster:也有叫Write Turbo的,其實這個技術就是SSD上常見的SLC Cache,可以顯著提升寫入速度,當然這個不是沒有代價的,我們後面再說。
  • DeepSleep:就是深度睡眠,這個很好理解,看到睡眠就知道這個與節能相關,該功能可以讓UFS設備進入低功耗狀態,達到節能的目的。
  • Performance Throttling Notification:就是性能限制通知,我們都知道當溫度過高的時候,會影響快閃記憶體的性能,這個功能就是當溫度過高影響存儲設備性能的時候,UFS設備可以告知系統該情況。
  • HPB功能:該功能讓UFS的主控可以把映射表緩存在手機內存中,這個功能在無緩存的SSD上很常見,說白了就是利用手機內存當緩存,這樣就不需要自帶DRAM緩存了,屬於節約成本的技術。

影響

DeepSleep和Performance Throttling Notification沒有什麼太多好說的,通過功能介紹就能夠很好明白。Write Booster其實就是SSD上面的SLC cache技術,那麼SLC cache是怎麼回事呢?熟悉固態硬碟歷史的人都知道,SSD的顆粒最早期是SLC的,後來是MLC,而到了今天基本上都是TLC的天下了。

上圖就是SLC,MLC和TCL的差異,有人看到上面每單元bit數的時候,覺得SLC是1個,TLC是3個,怎麼會說SLC速度最快呢?按照一般的想法TLC一個單元3個,速度應該更快才對啊,我想他們的想法應該和下面的這個圖一樣吧,可惜這種想法是有問題的。

實際上每單元bit數是通過電位來區分的,而每個單元存儲的數據位數越多,需要的電位精度度就越高,充電就越困難,如果檢測發現失敗了,還要重新進行充電,寫入就變得慢,讀取也是一樣,速度也會變慢。簡單來說SLC因為電位精度要求低,寫入讀取的成功率很高,當然代價就是成本高。

那麼SLC cache就是將TLC進行模擬,本來TLC一個單元可以存儲3bit,我現在將其模擬成SLC,模擬的辦法很簡單,那就是將TLC的電位進行屏蔽,就保留2個電位,這樣這兩個電位的精度要求就大大降低,寫入速度就看看大大的提高了。

這個技術在SSD上面已經廣泛使用,廠家可以將SSD上的部分TLC顆粒模擬成SLC,這部分空間就叫做SLC cache,因為用戶往往不會持續大量的寫入數據,因為可以先將數據寫入這些緩存區域,等空閒下來了,再慢慢的將數據轉移到TLC裡面,這樣子用戶覺得速度剛剛的,廠家也降低了成本。

不過SLC緩存空間是有限的,如果把SLC緩存給寫爆了寫入速度就原形畢露,速度會大大的下降,實際上現在很多NVME的SSD,測試成績都不得了,但是緩存一爆,速度馬上大降,當然這種方案對手機而言,速度也夠了,問題不大,除非廠家採用那些垃圾快閃記憶體顆粒。

既然部分TLC模擬不夠,那有的廠家就來個全盤模擬SLC,這種方案的影響就是隨著SSD空間的下降,寫入速度的下降會越來越明顯,相比部分模擬SLC的方案更慘。考慮到現在很多用戶的手機空間其實都利用的比較充分,128GB的空間只剩10幾G的情況很常見,這種全盤模擬SLC就要命了。

然後我們會發現,在之前SSD上面都會有DRAM緩存這個東西,DRAM也就是電腦上的內存顆粒,譬如256GB的配個256MB的緩存,512GB配個512MB的緩存,在SLC cache推廣後,很多SSD就閹割掉了這個東西,這樣可以進一步的節約成本,但是結果就是卡頓什麼的小問題一堆。

後面發現這樣也不是個事,除了提高主控水平外,還想到了調用電腦內存空間做緩存的辦法,才讓無緩存的SSD水平進步了點,說到這裡是不是與HPB功能聯繫起來了?對於手機來說,UFS快閃記憶體配個DRAM緩存也麻煩,因為手機主板空間寶貴,不過利用手機自帶的RAM內存倒是可以考慮。

好了說到這裡也可以結束了,總的來說USF 3.1其實就是在SSD上面已經很成熟的技術的下放,無非就是為了彌補TLC顆粒速度不足的手段,同時也給廠家省了成本用戶一看測試速度也快了很多,心裡也高興,這樣一看,好像三家都贏了,當然如果仔細一看,好像又不是那麼回事了。

小結

說了那麼多,其實UFS 3.1的3大新功能並不是什麼新事物,在電腦上相關技術早就有運用了,實際上大家都是TLC顆粒,只是不同的顆粒會有質量上的差異,但是通過快閃記憶體廠家的各種優化,實現了化腐朽為神奇,一直被人嫌棄的TLC顆粒居然實現了那麼高的速度,只是這種速度容不得深究。

當然手機上採用SLC cache技術也沒有什麼不可以,畢竟手機的壽命也就兩三年,而且也不會進行大規模的頻繁讀寫操作,就是存放照片,日常軟體和遊戲應用,不過SLC緩存用來刷分還是不錯的,這麼來看SLC緩存技術好像與手機更配哦。

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