eMMC使命完成，UFS時代來臨，如何快速從eMMC轉移到UFS

　　在高速數(shù)字接口中，并行總線越來越少。原因很簡單，隨著系統(tǒng)頻率的提升，并行總線在板級建置時已經(jīng)遭遇到實體瓶頸，抖動、串擾、信號偏移、傳輸路徑不完美等因素，都將大幅降低并行總線持續(xù)建立時間窗口，從而限制系統(tǒng)帶寬的進一步提升。

　　在高速串行／解串器（Serdes）技術取得突破后，新式串行總線越來越流行，以USB和PCIe為代表的串行總線在板級以串行方式連接、在芯片內(nèi)部將數(shù)據(jù)譯碼成平行數(shù)據(jù)，從而使得板級數(shù)據(jù)線路之間的關系去耦合，既大幅降低了板級布線難度，又突破了系統(tǒng)帶寬限制。因此，新式串行總線正如火如荼地進展，在個人計算機（不含工控與特殊用途計算機）領域，PCIe接口已經(jīng)完全取代PCI接口，SATA接口也完全取代了PATA接口。

　　不過，在手機儲存接口方面，嵌入式多媒體卡（eMMC）規(guī)格的市占率仍然較高，原因之一是移動設備對于儲存性能的要求較個人計算機（PC）更低。然而，隨著游戲與視頻應用在移動設備上的普及，以及手機處理器性能的提升，eMMC的性能已經(jīng)不能滿足移動設備對于內(nèi)存讀寫性能的要求，新一代的通用閃存儲存（UFS）規(guī)格應運而生。

　　UFS的性能優(yōu)勢

　　多媒體卡（MMC）標準于1997年問世，說來有趣，MMC最初的標準就是一根數(shù)據(jù)線，后來擴展到8根數(shù)據(jù)線，eMMC標準則將閃存顆粒和控制器放入更緊密的球門陣列（BGA）封裝，以適應移動設備對封裝尺寸的要求。首批eMMC產(chǎn)品于2007年正式推向市場，到目前為止，JEDEC的最新標準為eMMC 5．1。

　　如前所述，并行總線在速度增加到一定值時將無法滿足時序要求，eMMC標準單根數(shù)據(jù)線的極限速度為400Mbps左右，8位數(shù)據(jù)線標準eMMC接口一次傳輸峰值速度為400兆字節(jié)每秒（400MB／s）。相形之下，UFS2．0單信道峰值速度為5．8Gpbs，現(xiàn)有標準為雙信道，所以速度可達1，160MB／s，將近eMMC標準的3倍。

　　圖1：e－MMC與UFS接口比較

　　而且，由于eMMC是半雙工模式，主、從之間數(shù)據(jù)不能同時互動，而UFS是全雙工模式，便于傳輸性能的提升。所以采用UFS接口的系統(tǒng)啟動時間更快，讀寫響應也更迅速。根據(jù)東芝（Toshiba）的資料，在連續(xù)讀取、隨機讀取、連續(xù)寫入與隨機寫入等操作中，UFS 2．1產(chǎn)品基本能夠達到eMMC 5．1產(chǎn)品的1－3倍。UFS新一代標準還將大幅提高讀寫性能，但eMMC性能再提升的空間并不大。

　　UFS規(guī)格以先進的Serdes技術為基礎，其讀寫性能的大幅提升并未以大量增加功耗為代價。由于UFS信號電壓擺幅只有200毫伏（mV），而eMMC標準是1．8伏（V）或3．3V，因此兩種產(chǎn)品待機功耗相差無幾，而且從第三代到第五代，東芝的每一代UFS產(chǎn)品功耗水平都得到了提升。

　　從eMMC轉向UFS接口

　　從并行總線換到串行總線，減少了高速數(shù)據(jù)線的連接，簡化了硬件工程師的工作。

　　以東芝的產(chǎn)品為例，UFS封裝與eMMC封裝一致，用戶可以選擇對應的封裝直接取代。相較于第三代UFS產(chǎn)品使用三電源供電，東芝的第四代與第五代UFS產(chǎn)品不必再使用1．2V電源，從而使內(nèi)存模塊的電源設計更簡單。

　　圖2：第四代以后的UFS內(nèi)存只需要兩個電源

　　在固件層面，相較于eMMC產(chǎn)品，新一代的UFS產(chǎn)品已經(jīng)將除錯、壞塊管理、損耗平衡以及垃圾回收等功能一并封裝，為用戶在閃存應用開發(fā)上節(jié)省了大量的時間。

　　為了方便用戶除錯，有些UFS產(chǎn)品還提供了板級除錯接腳。以東芝第5代UFS產(chǎn)品為例，用戶只需將2個除錯接腳連接到PCB的除錯工具接口即可，不需要額外增加電阻電容。而當出現(xiàn)問題時，用戶只需利用除錯工具透過這2個接腳連到UFS內(nèi)存上進行除錯。

　　既然UFS較eMMC的性能更大幅提升，更換設計又不復雜，那么當UFS產(chǎn)品成熟時，產(chǎn)品替代進程將非?？?。根據(jù)東芝對市場的預測，2017年上半年的旗艦型手機將普遍采用UFS接口。從2017年下半年開始，中階手機也將逐步改用UFS閃存，UFS接口在高階平板中的普及率也將過半。

　　圖3：UFS市場前景

　　從東芝UFS產(chǎn)品發(fā)展藍圖來看，UFS 2．0與2．1產(chǎn)品均已經(jīng)量產(chǎn)，新一代UFS接口的研發(fā)也緊鑼密鼓，預期UFS市場的成長曲線將非常陡峭，eMMC在移動設備領域的歷史使命已經(jīng)完成，UFS的時代即將來臨。