一统闪存江湖 UFS标准解析
技术讲坛
相信提到闪存，大家脑海就会浮现Mini-SD、Micro-SD、SD、CompactFlash、Memory Stick Micro等常见的闪存卡。不过，我们也弄不清“为什么厂商会搞那么多规格的闪存”，难道就没有一种适合所有数码产品的闪存卡吗？相信这个问题也困扰了不少朋友许久！JEDEC（国际标准半导体工业组织）在今年2月推出了新一代闪存标准——UFS，有望解决闪存规范不统一的现状。
UFS规范的由来
UFS，即Universal Flash Storage，通用闪存装置，它是一种存储标准。只要以后各种数码产品以及闪存都使用这种标准，便可方便地让数据在各种移动产品（如手机、数码相机、MP4及平板电脑）之间互相交换存取，无需再为了不同的闪存卡种类和寻找读卡器而烦恼。
NAND Flash在移动产品上的应用已经有相当长的时间，但储存介质的接口规范往往都被摆到优先度较低的层级，这也是因为消费者对接口架构改变的敏感度较低。但随着智能手机、平板电脑等移动产品对储存需要的升温，从此起彼落的应用程序商店、影音应用，到个人资料储存，移动终端对储存需求的拉动，终于让用户、厂商逐渐意识到此一环节的重要性。
随着网络应用的深入，闪存储存应用也越来越丰富，所需要读取写入的信息也越来越多，而由闪存接口标准不统一的问题就日益突显出来。在这种形势下，诺基亚、高通、三星提出了UFS标准，希望它能成为在内嵌装置上被广泛应用的高性能通用开放接口标准，这个出发点显然得到了业界的认同，于是它很快就得到了JEDEC的支持。
高速、低耗、简便是亮点
在架构上，基于UFS标准的闪存将与目前的闪存大同小异，也是整合独立控制器的NAND Flash闪存模块。相对于目前闪存接口标准，UFS最大一个卖点就是高传输率。
UFS标准采用SCSI Architecture Model及指令协议，支持具有队列功能的多指令模式以及多线程编程模式，这让UFS标准拥有极具优势的读写性能。基于闪存的存储卡以及嵌入式解决方案一般一次进程仅能处理单个命令，这让随机读写性能受到限制。以目前NAND Flash主要的应用规格来说，大部分内嵌装置普遍以基于最高速度只有52MB/s MMC讯号传输架构的eMMC接口为主，而UFS1.0的最高传输速率将提升到300MB/s，而未来的UFS 2.0更可达600MB/s，相当于SATA2接口速度。比如一部90分钟的4GB高画质影片，目前从普通的闪存读取需要花费的时间约为3分钟，而采用UFS标准后时间缩短到数秒钟。这对于移动存储设备来讲，这样的传输率是非常夸张的。而且UFS最大可以支持2TB的容量，应用范围将更加广阔。
为了获得最高性能以及最低功耗的数据传输，在UFS的物理层中利用移动终端内部数据传输技术MIPI（Mobile Industry Processor Interface）的M-PHY物理层及UniPro规范来作为互联层。M-PHY与UniPro规范都为移动应用制订的标准，其设计之初就着重于移动设备的电源效率管理功能，包括活动模式与节电模式之间的迅速转换功能，活动状态下的低功耗与接近于零的闲置功耗性能，使UFS能够大幅度降低设备的总体功耗水平。
其中，UniPro是一种通用型芯片间通讯协议，起到为其他协议提供一个通用通道的作用。UniPro可支持速率高达1Gbps的数据通道，它可从一条扩展到四条双向通道，提供最大4Gbps的吞吐量。而M-PHY接口是针对UniPro规范而设计的物理接口，属于串行高速接口。M-PHY采用1对源同步的差分时钟来进行数据传输，数据传输采用DDR方式，即在时钟的上下边沿都有数据传输。通过一种先进的同步信号源，M-PHY可提供每条通道高达1Gbps的传输率，并可依应用所需决定通道数目。
除了速度提升之外，由于UFS 标准主要为嵌入式与可插拔存储卡格式提供了统一的接口，因此控制器设计得到简化，简化了数据线连接。以后你也不再需要转换器就可以在任何移动产品中来去自如地存取数据、分享音乐与影片，让UFS接口变得像USB接口一样便利。这种高度兼容的设计能够保证产品平滑过渡，让终端用户灵活自如，而厂商也无需对设备和接口设施进行频频修改。
UFS标准带来什么？
对终端用户而言，目前闪存卡标准众多，彼此间都不兼容，UFS标准的出现将为用户提供统一接口的闪存卡，用户将享受到前所未有的便利。以后，在更换手机时不必再次购买相对应的闪存，能降低消费成本，也能减少社会资源的浪费。对下游厂家而言，除了能够简化NAND应用的开发工作外，还可以在产品设计中支持更多种类的NAND产品，以增加在NAND供应选择上的灵活性。另一方面，UFS传输速度从300MB/s起跳，这已经赶上主流固态硬盘产品。考虑到UFS产品的整体成本可能比固态硬盘还要低，未来有望把UFS闪存带往更高层次的应用。
当然，UFS在发展路上也不是一帆风顺的，要走向普及依然要跨越一些障碍。UFS在推广路上需要面对的首要问题是终端设备的支持度。虽然目前三星、诺基亚、高通、英特尔、东芝、意法半导体等国际大厂都已经加入了UFS兵团，但以目前NAND Flash主要终端产品的应用标准来看，主流标准可能不断地推出新的规格来进行改进，以适应未来高速传输环境与高性能终端应用的需求，毕竟厂商之间为了规格制定都要经历许多角斗。
所以UFS在短期内并不会改变现有市场状况，更多是增加市场多元应用的选择弹性。从JEDEC的规划来看，UFS主要是一种衔接eMMC 4.5版后的新闪存接口标准，未来将在智能手机及平板电脑等新兴智能型移动设备上，成为嵌入式储存的主要应用标准之一。JEDEC在今年3月刚完成UFS 1.0规格制定，终端应用产品估计要等到明年才会上市。
写在最后
即便UFS标准的推进不一定一帆风顺，但有一点可以肯定的是，无论标准之争最终结果如何，NAND业界都将向接口标准统一化发展，从而促进NAND闪存应用的进一步发展，提升整个市场规模。随着容量越来越大，拥有更快传输速度的UFS对于PC、智能手机、掌上电脑、数码相机/数码摄像机等电子产品而言，必将为移动设备和消费类数码产品带来更为精彩的应用。