浅谈 SSD，eMMC，UFS

这三种技术都是属于闪存（Flash Memory）的不同种类，区别主要在于控制器，接口标准以及更底层的 Flash 芯片标准。它们在电脑/手机等系统中的主要作用是作为存储设备（storage）/文件系统。
以前电脑系统中的主要的存储设备是机械式磁盘，访问速度慢，体积庞大，功耗高，而且对震动非常敏感，因此很难用于小型化的移动设备里。Flash Memory 出现后，由于没有移动部件，几乎完美解决了以上机械硬盘的各种问题，因此很快在各种移动设备中获得广泛应用。（当然，Flash的写操作和寿命的问题也比较复杂，

SSD 主要作用是取代 PC/服务器 上的 HDD 硬盘，它需要：

• 超大容量（百GB~TB级别）
• 极高的并行性以提高性能
• 对功耗，体积等要求并不敏感
• 兼容已有接口技术 （SATA，PCI等）
  

而 eMMC 和 UFS主要都是针对移动设备发明的，它们阿需要：

• 适当的容量
• 适当的性能
• 对功耗 ，体积的要求极其敏感
• 仅需遵循一定的接口标准 （稍后解释）
  

为了直观感受一下区别，我刚才特意找来了一个 PCIe 的 SSD，如下图，上面黑色的芯片就是Flash：

我又拆了一个手机，它里面的 Flash 芯片是这样的（中间那个最大的黑色芯片）：

看到区别了吗？

一个SSD，为了达到高并行高性能的要求，有多个Flash 芯片，这样就可以在每个芯片上进行相互独立的读写操作，以并行性来提高硬盘吞吐量，还可以增加冗余备份。而手机中为了节省空间和功耗，通常只有一片密度较高的 Flash 芯片。

管理一个 Flash 芯片，和管理多个 Flash 芯片，策略肯定是不一样的，因此它们的控制器 （controller）就完全不同了。而且 PC 上需要兼容 SATA 或 PCIe 或 m2 接口，这样你电脑硬盘坏了的时候，可以拔下来换上另一块同样接口的硬盘能照样用。而手机上的 Flash 芯片大多是直接焊在主板上的，基本上不需要考虑更换的问题，所以只要遵从一个特定标准，能和CPU正常通讯就好了。因此接口的不同也是 SSD 和 eMMC，UFS 的重要区别之一。

eMMC 和 UFS 都是面向移动端 Flash 的标准，区别在于，二者的接口技术大相径庭。

eMMC 是一个起源较早的技术，全称叫 embedded MultiMedia Card，为什么单单e是小写呢？ 因为先有的MMC啊。所谓MMC，大家可能没听过但可能见过，相机中用得较多，和SD卡长得很像（之前的图片就搞错了，感谢评论中各位的提醒）。

MMC前面加了个embedded，主要就是为了突出现在这个设备是embedded 在电路板上。eMMC 和 MMC一样，沿用了 8 bit 的并行接口。在传输速率不高的时代，这个接口够用了。但随着设备对接口的带宽要求越来越高，想把并行接口速率提高也越来越难。eMMC 的最新 5.1标准理论最高值最高可以达到400 MB/s，再往上提高频率也不是不行，但就未必划算了。

用高速串行接口取代了并行接口，而且还是全双工的，也就是可以读写同时进行。所以相比 eMMC， UFS的理论性能提高不少，甚至可以达到一些SSD的水准。可以在下图直观感受一下，蓝色的是UFS，红色的是eMMC，当然是越高越好：

（图片引自[1] Micron 的文档)

最后，大家可能比较关心的一个问题：我设计好了一个使用UFS的系统，然后悲伤地发现没有UFS可以用了，那能不能直接换成eMMC呢？

答案是不行的，因为 UFS 和 eMMC 接口完全不兼容，控制器也不可通用。下面两个示意图分别是eMMC和UFS的接口



即使是示意图，也能看出两者的明显差别。eMMC有两条总线，分别传输指令数据输入和输出，而且因为是并行总线还要有额外的data strobe。而UFS则是有两条差分的数据lane，指令和数据都是以packet的形式发送的。就更不要提二者的信号线的电气特性也有很大差别了。这些将直接导致控制侧（CPU那边）SoC 的控制器和电路设计会有很大不同。
所以一个系统的SoC以及电路板一定要经过重新设计，才能把 UFS 替换成 eMMC，这不是在生产线上换个 Flash 芯片那么简单的事儿，还得经过比较长时间的设计和测试才行。

在连续读写性能这块：UFS 4.0 ＞NVMe = UFS3.1＞UFS2.1＞eMMC5.1

手机存储的使用寿命一般和擦写频次有关，一般手机等电子设备，还没到达擦写频率，就已经更换新机，从这个角度考虑，关于UFS与eMMC的使用寿命是不用担心的。
虽然说eMMC闪存和UFS闪存在外观和作用上都没明显区别，但是实际上两者的内部结构却有着本质上的差异。eMMC闪存基于并行数据传输技术打造，其内部存储单元与主控之间拥有8个数据通道，传输数据时8个通道同步工作，工作模式为半双工，也就是说每个通道都可以进行读写传输，但同一时刻只能执行读或者写的操作哦。如果把UFS2.0和eMMC5.1比作车道的话，eMMC就是单向车道，车辆只能朝一个方向行驶，逆向车辆必须等待正在行驶的车辆全部跑完才能上路。而UFS不仅是双向车道，道路的宽度也比eMMC宽不止一倍，这样带来的效率提升可想而知。

UFS 2.0闪存的连续读写速度为350MB/s和150MB/s，而eMMC 5.1闪存的连续读写速度则为250MB/s和125MB/s，比起UFS2.0闪存确实要逊色一些。

不过与连续读写速度相比，UFS闪存在随机读写上的领先幅度要更大一些，特别是随机读取方面。UFS 2.0闪存的随机读取性能可以轻松达到19000 IOPS的水平，而eMMC 5.1闪存只能达到11000 IOPS，前者的领先幅度超过了70%啊。所以呢，ufs的各个性能要比emmc要好些，因此也就认为UFS的寿命较长些。
正是UFS这些优势，所以目前市场上旗舰机搭载UFS已成为大势所趋，所以从各方面来说UFS都要比eMMC强很多。基于此宏旺半导体认为UFS使用寿命也会比eMMC的长，整体说来UFS肯定要好，但是寿命这种事情真的没必要担心，就像固态硬盘，擦写次数到了寿命就到了，但是一个128g的硬盘每天下载10个G，你都可以用5年，所以不用担心寿命的问题，寿命长短不是区分它们的重点，读写速度才是。
EMMC老化之谜1. 什么是EMMC？EMMC是一种非易失性存储器，广泛应用于智能手机、平板电脑等移动设备。它结合了闪存芯片和控制器，提供高密度、低功耗的存储解决方案。
2. EMMC老化的原因

• 擦写次数限制：EMMC的每个存储单元只能被擦写有限次数，通常在10,000到100,000次之间。
• 存储单元磨损：频繁的读写操作会导致存储单元逐渐磨损，影响性能和可靠性。
• 温度影响：高温环境会加速EMMC的老化过程。
• 电源波动：不稳定的电源供应可能导致数据损坏和性能下降。
  

延长EMMC存储寿命的策略1. 合理使用

• 避免频繁的格式化：频繁格式化会加速EMMC的老化。
• 减少写操作：尽量使用外部存储设备来存储大量数据，减少对内部存储的写操作。
  

2. 硬件优化

• 使用高质量的EMMC：选择品牌信誉好、性能稳定的EMMC产品。
• 散热设计：优化设备散热，降低EMMC工作温度。
  

3. 软件优化

• 启用TRIM命令：TRIM命令可以通知操作系统哪些数据块不再使用，从而提高EMMC的性能和寿命。
• 定期更新操作系统和应用程序：确保设备始终运行最新的软件版本，以优化存储性能。
  

4. 用户习惯

• 避免低电量使用：尽量保持电池电量在20%到80%之间，避免电池完全放电。
• 使用原装充电器：原装充电器可以提供稳定和适宜的充电速率和电压，减少对电池的损害。
  

实例分析1. Android设备EMMC老化案例假设一台Android设备的EMMC存储容量为128GB，经过一年的使用，发现设备在读取和写入数据时出现延迟。通过分析，发现EMMC的擦写次数已接近其设计寿命。
2. 解决方案

• 更换EMMC：如果设备支持更换存储模块，可以考虑更换新的EMMC。
• 优化使用习惯：减少对内部存储的写操作，使用外部存储设备。
  

结论EMMC老化是移动设备存储领域的一个普遍问题。通过合理使用、硬件优化、软件优化和良好的用户习惯，可以有效延长EMMC的存储寿命，提升用户体验。