不同的快閃記憶體都有什麼區別？

這個時候發這篇文章難免有蹭熱點的嫌疑^但作為一個計算機體系結構的研究生，在這些名詞滿天飛的時候，我的好奇心是抑制不住的，想一探這幾樣技術的究竟。 本文不對某一特定事件進行點評，僅從技術角度分析對比一下這三種技術。 就算是當做自己的技術儲備 + 科普了 。

首先，這三種技術都是屬於快閃記憶體(Flash Memory)的不同種類，區別主要在於控制器，介面標準以及更底層的 Flash 晶元標準。它們在電腦 / 手機等系統中的主要作用是作為存儲設備(storage)/ 文件系統。(注意它們雖然叫也 memory，但和運存的 memory 是完全兩回事兒)

以前電腦系統中的主要的存儲設備是機械式磁碟，訪問速度慢，體積龐大，功耗高，而且對震動非常敏感，因此很難用於小型化的移動設備里。Flash Memory 出現後，由於沒有移動部件，幾乎完美解決了以上機械硬碟的各種問題，因此很快在各種移動設備中獲得廣泛應用。(當然，Flash 的寫操作和壽命的問題也比較複雜，但這不是本文的討論重點) 而且基於 Flash 的 SSD 硬碟性能普遍好於傳統機械硬碟，因此也成為了 PC/ 伺服器的主流存儲設備。

那麼既然 SSD，eMMC，UFS 都是 Flash，它們的區別在哪呢?

想要了解它們的區別，首先要了解他們解決的問題。

SSD 主要作用是取代 PC/ 伺服器 上的 HDD 硬碟，它需要：

超大容量(百 GB~TB 級別)

極高的並行性以提高性能

對功耗，體積等要求並不敏感

兼容已有介面技術 (SATA，PCI 等)

而 eMMC 和 UFS 主要都是針對移動設備發明的，它們需要：

適當的容量

適當的性能

對功耗 ，體積的要求極其敏感

僅需遵循一定的介面標準 (稍後解釋)

為了直觀感受一下區別，我剛才特意找來了一個 PCIe 的 SSD，如下圖，上面黑色的晶元就是 Flash：

我又拆了一個手機，它裡面的 Flash 晶元是這樣的(中間那個最大的黑色晶元)：

看到區別了嗎? (之前寫的文章各種被人盜轉，只好給圖打碼了，見諒)

一個 SSD，為了達到高並行高性能的要求， 有多個 Flash 晶元 ，這樣就可以在每個晶元上進行相互獨立的讀寫操作，以並行性來提高硬碟吞吐量，還可以增加冗餘備份。而手機中為了節省空間和功耗，通常只有一片密度較高的 Flash 晶元。

管理一個 Flash 晶元，和管理多個 Flash 晶元，策略肯定是不一樣的，因此它們的控制器 (controller)就完全不同了。而且 PC 上需要兼容 SATA 或 PCIe 或 m2 介面，這樣你電腦硬碟壞了的時候，可以拔下來換上另一塊同樣介面的硬碟能照樣用。而手機上的 Flash 晶元大多是直接焊在主板上的，基本上不需要考慮更換的問題，所以只要遵從一個特定標準，能和 CPU 正常通訊就好了。因此介面的不同也是 SSD 和 eMMC，UFS 的重要區別之一。

好了，SSD 和 (eMMC， UFS)的區別說完了，下面說一下可能很多人會關心的 eMMC 和 UFS 的區別了。

eMMC 和 UFS 都是面向移動端 Flash 的標準，區別在於，二者的介面技術大相徑庭。

eMMC 是一個起源較早的技術，全稱叫 embedded MultiMedia Card，為什麼單單 e 是小寫呢? 因為先有的 MMC 啊。所謂 MMC，大家可能沒聽過但肯定都見過，通俗來說就是所謂的內存卡。

MMC 前面加了個 embedded，主要就是為了突出現在這個設備是 embedded 在電路板上。eMMC 和 MMC 一樣，沿用了 8 bit 的並行介面。在傳輸速率不高的時代，這個介面夠用了。但隨著設備對介面的帶寬要求越來越高，想把並行介面速率提高也越來越難。eMMC 的最新 5.1 標準理論最高值最高可以達到 400 MB/s，再往上提高頻率也不是不行，但就未必划算了。

好在這幾年介面串列化大潮轟轟烈烈。所謂介面串列化，簡單來說就是工程師們發現：與其用一個比較寬的並行介面以較低的速率傳輸，用一個串列介面用非常高的速率傳輸似乎更划算一些(帶寬，功率，成本各方面綜合考慮)。所以這個時候 UFS 應運而生，用高速串列介面取代了並行介面，而且還是全雙工的，也就是可以讀寫同時進行。所以相比 eMMC， UFS 的理論性能提高不少，甚至可以達到一些 SSD 的水準。可以在下圖直觀感受一下，藍色的是 UFS，紅色的是 eMMC，當然是越高越好：

(圖片引自[1] Micron 的文檔)

最後，大家可能比較關心的一個問題：我設計好了一個使用 UFS 的系統，然後悲傷地發現沒有 UFS 可以用了，那能不能直接換成 eMMC 呢?

答案是不行的，因為 UFS 和 eMMC 介面完全不兼容，控制器也不可通用。下面兩個示意圖分別是 eMMC 和 UFS 的介面(圖片引自[2][3] JEDEC 標準)。

即使是示意圖，也能看出兩者的明顯差別。eMMC 有兩條匯流排，分別傳輸指令數據輸入和輸出，而且因為是並行匯流排還要有額外的 data strobe。而 UFS 則是有兩條差分的數據 lane，指令和數據都是以 packet 的形式發送的。就更不要提二者的信號線的電氣特性也有很大差別了。這些將直接導致控制側(CPU 那邊)SoC 的控制器和電路設計會有很大不同。

所以一個系統的 SoC 以及電路板一定要經過重新設計，才能把 UFS 替換成 eMMC，這不是在生產線上換個 Flash 晶元那麼簡單的事兒，還得經過比較長時間的設計和測試才行。否則想要快速拿出替代方案的話，恐怕從一開始就要設計兩套方案了，嗯。

[1] UFS is here, and it』s very fast!

[2] JEDEC-JESD84-B51

[3] JEDEC-JESD220C