Как узнать ufs на смартфоне
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!
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.
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.
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.
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.
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.
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!
UFS (Universal Flash Storage) — новая спецификация флэш-памяти (SD карты, микросхемы BGA и др.), появившийся в 2011 году. Первое широкое использование микросхемы памяти в корпусе BGA получили в смартфонах компании Samsung S6, S6 edge (корпус BGA95). С течением времени микросхемы стандарта UFS начали появляться в корпусах BGA153, BGA254 (UFS+LPDDR4).
Электрически, новый стандарт памяти имеет полностью отличающийся от стандарта eMMC интерфейс.
Усовершенствования по сравнению с eMMC:
1) UFS имеет последовательный интерфейс LVDS (низковольтная дифференциальная сигнальная пара), который имеет отдельно выделенные каналы чтения/записи. Это допускает полный дуплекс, другими словами, UFS может читать и писать одновременно.
eMMC, с другой стороны, имеет параллельный интерфейс, который может отправлять данные только в одном направлении за раз - он может либо читать, либо записывать, но не одновременно.
2) C софтовой точки зрения UFS работает по модели OSI в отличии от eMMC в которой все заключается в одном уровне SDMMC
- Прикладной уровень (application layer)
- Транспортный уровень (transport layer)
- Сетевой уровень (network layer)
- Канальный уровень (data link layer)
- Физический уровень (PHY layer)
3) UFS имеет очередь команд (CQ), которая сортирует команды, которые необходимо выполнить. Таким образом, несколько команд могут быть адресованы одновременно, и порядок задач может быть изменен соответственно. В eMMC нужно было дождаться завершения процесса, прежде чем переходить к следующему.
Комбинация этих двух решений, наряду с инженерными достижениями Samsung, позволяет UFS 2.0 иметь скорость последовательного/параллельного чтения/записи, выше от 1,07 до 2,71 раз, чем в eMMC 5.0.
Стандарты скорости работы UFS памяти:
LS режимы:
PWM-G0: 0.01
18 Mbps
PWM-G3: 12
36 Mbps
PWM-G4: 24
72 Mbps
PWM-G5: 48
144 Mbps
PWM-G6: 96
288 Mbps
PWM-G7: 192
HS режимы:
HS-G1: 1.25-1.45Gbps
HS-G2: 2.5-2.9Gbps
HS-G3: 5.0-5.8Gbp
Z3x EasyJTAG Plus box поддерживает работу с UFS в LS режиме PWM-G4 (66MHz), что позволяет передать по 1 сигнальной паре до 4MB/c, по 2м парам - до 8MB/c. Применение компрессии в дальнейшем позволит еще повысить эти цифры. Возможно будут реализованы режимы G5/G6/G7, хотя микросхем их поддерживающих очень мало.
При соединении (коннекте) с микросхемой (режим установка линка) происходит обмен информацией между хостом (боксом) и микросхемой (UFS) в режиме PWM-G0 при этом хост выдает микросхеме информацию что он может, а в ответ микросхема отдает свою информацию, что она умеет. Из всех протестированных нами микросхем G6/G7 режимы поддерживала только одна (то ли Micron то ли Toshiba).
PWM-G4 поддерживают все протестированные микросхемы, поэтому бокс работает в этом режиме.
Для работы с данным типом памяти Z3x EasyJTAG Plus box использует отличный от eMMC интерфейс:
Для работы с данными микросхемами и получения стабильного соединения потребуется использовать специальные сокеты (BGA95, BGA153):
Более 95% пользователей при покупке смартфона ориентируются на объем постоянной памяти, но не обращают внимания на ее тип. А зря — этот параметр напрямую влияет на производительность мобильного устройства. Разберемся, нужна ли смартфону ультрабыстрая память, что такое UFS, на что влияет класс UFS-памяти в вашем гаджете.
Аббревиатура UFS расшифровывается как «универсальный флеш-накопитель». Это стандарт встроенной памяти, приходящий на смену eMMC. Последний тип представляет собой модифицированный SD, используемый в картах microSD.
UFS можно сравнить скорее с твердотельными накопителями SSD
Ключевое отличие UFS от eMMC заключается в том, что eMMC работает в полудуплексном режиме, то есть может одновременно либо записывать информацию, либо считывать ее. Память UFS способна считывать и записывать данные одновременно.
О чем умалчивают изготовители
Когда производитель пишет в инструкции к мобильному устройству, что скорость последовательного чтения/записи составляет 250/125 Мб/с (или «пропускная способность – до 250 Мбайт»), он имеет в виду линейный обмен данными, то есть скорость копирования файлов. Параметр практически бесполезный для среднестатистического пользователя, но зато эти цифры выглядят солидно.
Для работы приложений намного важнее скорость работы с небольшими блоками информации и возможность параллельной обработки данных.
Скорость случайного чтения/записи eMMC и UFS
Версия 5.1, последняя спецификация стандарта eMMС, ограничена 11000 IOPS по произвольному чтению и 13000 IOPS по случайной записи. Для сравнения:
- UFS 2.1 — 45000/40000 IOPS;
- UFS 3.0 — 68000/63000 IOPS.
IOPS – максимально возможное количество операций чтения или записи в секунду. Выводы очевидны, но есть нюансы.
«Синтетические» показатели и реальность
Встроенная память существует не сама по себе. Она лишь часть системы, отдельная переменная в программно-аппаратном уравнении производительности смартфона в конкретный момент времени. С максимальными же значениями, прописанными в технических спецификациях, в «полевых» условиях сталкиваться не придется. vВ реальности же возможна ситуация, когда в тестах (даже при одном и том же процессоре и объеме оперативной памяти) гаджет с eMMC 5.1 с разгромным счетом проигрывает устройству с UFS 2.0 в графической производительности и последовательном чтении, но выигрывает в случайной записи.
К внешним вопросов нет -характеристики карт памяти можно легко узнать при покупке. Нас интересуют типы ОЗУ (оперативная память) и ПЗУ (постоянная память).
Оперативная память (RAM/ОЗУ)
С оперативной памятью в смартфонах всё сравнительно просто: во всех современных гаджетах используется технология LPDDR — модификация используемой на обычных ПК технологии DDR.
Приставка LP (Low Power) означает низкое энергопотребление, которое достигается за счёт снижения рабочего напряжения и пропускной способности.
В современных смартфонах встречается память LPDDR трёх поколений:
- LPDDR3 — пропускная способность до 2133 Мбит/с, частота до 933 МГц, напряжение 1,2 В — бюджетный вариант памяти (Redmi Note 4x Redmi 5);
- LPDDR4 — пропускная способность до 3200 Мбит/с, частота до 1600 МГц, напряжение 1,1 В — самый часто встречающийся вариант (Mi5, Mi6);
- LPDDR4x — пропускная способность до 4266 Мбит/с, частота до 1600 МГц, напряжение 0,6 В — флагманский вариант (Samsung Galaxy S9/9+, Sony Xperia XZ).
Стандарт LPDDR3 считается морально устаревшим, что, впрочем, не мешает ему использоваться в бюджетных гаджетах. Память типа LPDDR4 ставится в топовые устройства, а также в смартфоны средней ценовой категории. LPDDR4x — самый крутой вариант конфигурации, самая высокая пропускная способность и низкое энергопотребление.
Современная мобильная оперативка очень быстра, но всё-таки её недостаточно для некоторых задач. Например, для съёмки видео на скорости порядка 1000 fps: такой возможностью могут похвастать Sony Xperia XZ, Samsung Galaxy S9 и Huawei P20 Pro.
Чтобы съёмка такого видео стала возможной, производителям пришлось пойти на технические ухищрения и встроить DRAM-слой (Dynamic RAM или динамическое ОЗУ) прямо в сенсор камеры. Благодаря такому решению, сверхскоростные записи сначала сохраняются в DRAM-слое, и только потом постепенно обрабатываются процессором.
У Sony объём такой памяти составляет 1 Гбит, а у Samsung — 2 Гбит. Это накладывает ограничения на максимальную длительность сверхскоростной съёмки, которая равна 0,182 секунды у Xperia XZ и 0,2 секунды у Galaxy S9.
Внутренняя память (ROM/ПЗУ)
Наиболее распространённый тип внутренней памяти в современных смартфонах — eMMC. Если не вдаваться в хитросплетения технологий и всяких терминов, то eMMC – это обычная флешка, которая используется в качестве постоянной памяти.
Стандарт eMMC существует в огромном количестве версий, вот наиболее актуальные:
- eMMC 4.5 — пропускная способность до 200 МБ/с, скорость записи до 60 МБ/с;
- eMMC 5.0 — пропускная способность до 400 МБ/с, скорость записи до 90 МБ/с;
- eMMC 5.1 — пропускная способность до 600 МБ/с, скорость записи до 125 МБ/с.
Пропускная способность — максимальный объём передаваемой информации за секунду.
Скорость записи — насколько быстро информация запишется на внутреннюю память смартфона.
Главный конкурент eMMC — технология UFS от Samsung. Он имеет не только большую пропускную способность по сравнению с eMMC, но и более низкое энергопотребление.
Сегодня существует три версии UFS:
- UFS 1.0 — пропускная способность до 300 МБ/с;
- UFS 2.0 и UFS 2.1— пропускная способность до 1200 МБ/с;
- UFS 3.0 — пропускная способность до 2900 МБ/с.
Быстрая пропускная способность UFS 2.0/2.1 и UFS 3.0 обеспечивается за счёт поддержки двухполосного режима. Смартфонов с двухполосной памятью сейчас выпущено не так много, среди них — OnePlus 5, Samsung Galaxy S9 и Xiaomi Mi 6.
Сверхбыстрая память помогает этим гаджетам вырываться на первые строчки в топ по производительности при сравнении с другими гаджетами на аналогичных процессорах. Но в реальной жизни разница с однополосной памятью вряд ли будет заметна.
Отметим: спецификация UFS определяет только максимальную пропускную способность памяти, но не фактическую скорость чтения и записи на реальных устройствах. Единственный способ узнать эти показатели — практические испытания.
Исходя из результатов тестирования Huawei P10, UFS 2.1 может обеспечить фактическую скорость последовательной записи до 150 МБ/с, а последовательного чтения — до 750 МБ/с. У eMMC 5.1 те же показатели составляют всего 100 и 280 МБ/с для записи и чтения соответственно.
Наиболее современной комбинацией технологий ОЗУ и ПЗУ на данный момент можно считать LPDDR4x и UFS 2.1 соответственно, но LPDDR4 и UFS 2.0 не слишком им уступают и также заслуживают внимания.
А вы обращаете внимание на технологию памяти или другие компоненты смартфона имеют для вас большее значение?
Читайте также: