今年3月，黑鯊4 Pro手機(jī)發(fā)布。這款手機(jī)當(dāng)時(shí)在宣傳點(diǎn)上提到“率先引進(jìn)了磁盤(pán)陣列方案，把PC端的SSD固態(tài)硬盤(pán)帶到手機(jī)上來(lái)”，或者說(shuō)“首創(chuàng)”“UFS+SSD磁盤(pán)陣列”。手機(jī)采用“固態(tài)硬盤(pán)”這個(gè)宣傳點(diǎn)乍聽(tīng)還是頗為奇怪的，因?yàn)楫?dāng)代移動(dòng)設(shè)備幾乎都已經(jīng)在用“固態(tài)存儲(chǔ)”了。W7Nesmc

我們知道，“固態(tài)存儲(chǔ)”這個(gè)詞對(duì)應(yīng)的是很早以前的機(jī)械存儲(chǔ)；在沒(méi)有移動(dòng)機(jī)械部件的情況下，只采用電子電路來(lái)讀寫(xiě)數(shù)字信息就可以叫固態(tài)存儲(chǔ)。NAND型閃存是固態(tài)存儲(chǔ)中比較常見(jiàn)的一類(lèi)介質(zhì)，這也是眾所周知的了。從常見(jiàn)設(shè)備類(lèi)型的角度來(lái)看，U盤(pán)、SD卡，還有手機(jī)存儲(chǔ)常見(jiàn)的eMMC、UFS都屬于固態(tài)存儲(chǔ)。所以手機(jī)采用“固態(tài)存儲(chǔ)”這件事究竟有什么好奇怪的呢？W7Nesmc

在科技發(fā)展中，有一些約定俗成的習(xí)慣仍然被保留至今。比如我們現(xiàn)在說(shuō)“硬盤(pán)”甚至“磁盤(pán)”，大多就是指計(jì)算機(jī)內(nèi)部的用于存儲(chǔ)用戶(hù)數(shù)據(jù)的非易失性存儲(chǔ)設(shè)備，典型的比如SSD。但實(shí)際上SSD已經(jīng)不再具有“磁”和“盤(pán)”的屬性，只是我們習(xí)慣上還是會(huì)這樣說(shuō)。W7Nesmc

另一點(diǎn)則在于，SSD全稱(chēng)為固態(tài)驅(qū)動(dòng)器（solid-state drive/disk）。SSD這個(gè)詞現(xiàn)在特指替代了HDD機(jī)械硬盤(pán)的固態(tài)硬盤(pán)，且以SATA/PCIe接口的形式連接至計(jì)算機(jī)設(shè)備中。所以SSD并不是固態(tài)存儲(chǔ)設(shè)備的統(tǒng)稱(chēng)，而是固態(tài)存儲(chǔ)設(shè)備形態(tài)的其中一種。比如一般的SD卡、U盤(pán)，雖然通常也用NAND閃存芯片，但其協(xié)議、接口、形態(tài)都不同，就不能稱(chēng)為SSD。這其實(shí)也可以被認(rèn)為是某種約定俗成。W7Nesmc

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從直覺(jué)來(lái)看，SSD固態(tài)硬盤(pán)現(xiàn)如今存在的形態(tài)應(yīng)該是上圖這樣的，至少也得上M.2接口。這么大的東西也能塞進(jìn)手機(jī)中去嗎？這是個(gè)很有意思的話(huà)題，不僅是黑鯊，iPhone在這方面有獨(dú)特的發(fā)言權(quán)。本文就談?wù)勅绻謾C(jī)用上SSD，相比手機(jī)存儲(chǔ)常見(jiàn)的UFS和eMMC，究竟有何差異？W7Nesmc

手機(jī)“硬盤(pán)”常見(jiàn)的eMMC和UFS

關(guān)注手機(jī)的同學(xué)應(yīng)該知道，手機(jī)內(nèi)部非易失性存儲(chǔ)常見(jiàn)的設(shè)備類(lèi)型應(yīng)該是eMMC和UFS。了解更深入一些的則可能知道，現(xiàn)在的手機(jī)普遍都在用UFS，因?yàn)樗萫MMC在讀寫(xiě)速度上快了很多。比如三星、小米等手機(jī)的旗艦型號(hào)普遍都用上了UFS 3.1，傳說(shuō)存儲(chǔ)讀寫(xiě)速度都快到飛起了。W7Nesmc

要理解eMMC/UFS也不難，先從eMMC說(shuō)起。MMC全稱(chēng)為Multi Media Card（多媒體卡），這是一種緣起于1997年的存儲(chǔ)卡，MMC卡隨著SD卡的普及而沒(méi)落。但eMMC卻輝煌了很久。eMMC就是嵌入式MMC卡，eMMC芯片現(xiàn)在以BGA的方式焊接在主板上。很多低端Android手機(jī)、平板，甚至上網(wǎng)本，還能看到eMMC的身影——比如微軟Surface Go現(xiàn)在也還在用eMMC。W7Nesmc

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MMC作為一種開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)，背后是一家名為JEDEC的組織。eMMC的特點(diǎn)就是成本低，2016年以前，它是幾乎智能手機(jī)內(nèi)部存儲(chǔ)的絕對(duì)主力方案。eMMC 5.1A標(biāo)準(zhǔn)是其最后更新版本。2015年發(fā)布的eMMC 5.1達(dá)成的順序讀寫(xiě)速度分別是250MB/s和125MB/s。W7Nesmc

這個(gè)速度顯然是不快的，eMMC到后期已經(jīng)成為制約手機(jī)、平板類(lèi)移動(dòng)設(shè)備整體性能發(fā)揮的瓶頸。所以JEDEC一直在找能夠接替eMMC的高速串行傳輸方案。UFS（Universal Flash Storage）就誕生了，比較具有標(biāo)志性意義的是2013年9月發(fā)布的UFS 2.0標(biāo)準(zhǔn)。W7Nesmc

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UFS相比eMMC有兩個(gè)比較主要的變化，首先是改用LDVS（低電壓差分信號(hào)）串行接口，有獨(dú)立的讀和寫(xiě)路徑，實(shí)現(xiàn)了全雙工——也就是讀寫(xiě)能同時(shí)進(jìn)行（eMMC用的是并行接口，每次只能往一個(gè)方向發(fā)數(shù)據(jù)）。另外，UFS支持CQ（Command Queue，命令隊(duì)列），可對(duì)需要執(zhí)行的指令做分類(lèi)，多命令可同時(shí)處理，任務(wù)順序可做變更（早期版本的eMMC沒(méi)有該特性）。W7Nesmc

UFS要達(dá)成的自然就是數(shù)據(jù)吞吐的加速，2014年發(fā)布的UFS 2.0順序讀寫(xiě)速度就已經(jīng)達(dá)到了350MB/s和150MB/s。2016年高通驍龍835宣布對(duì)UFS 2.1提供支持后，中高端手機(jī)內(nèi)部存儲(chǔ)也普遍轉(zhuǎn)往UFS。這兩年逐漸在高端手機(jī)上普及的UFS 3.0順序讀取速度已經(jīng)做到了2100MB/s，順序?qū)懭牒碗S機(jī)讀寫(xiě)速度都有了長(zhǎng)足的提升。W7Nesmc

當(dāng)年UFS問(wèn)世之初的宣傳點(diǎn)就是順序讀寫(xiě)速度可與SSD媲美，與此同時(shí)還能保持eMMC的低功耗。W7Nesmc

所以和SSD有什么區(qū)別？

如前文所述，無(wú)論eMMC、UFS還是SSD，它們?cè)谧鳛樵O(shè)備類(lèi)型時(shí)皆采用固態(tài)存儲(chǔ)，都是NAND介質(zhì)。那么手機(jī)上的這些標(biāo)準(zhǔn)，和PC上常用的SSD究竟有什么區(qū)別？W7Nesmc

從大方向來(lái)看，移動(dòng)設(shè)備要求的無(wú)非就是低功耗和緊湊體積。所以很多PC上的標(biāo)準(zhǔn)在移動(dòng)領(lǐng)域便不再適用。eMMC/UFS與SSD的關(guān)系即是如此——從外觀(guān)形態(tài)、連接方式看來(lái)，這兩者似乎很難去直接比較。如果一定要談兩者間的區(qū)別，集成度、系統(tǒng)復(fù)雜度、協(xié)議棧等方面都有不同。W7Nesmc

比如說(shuō)從集成度的角度來(lái)看，eMMC將NAND閃存與控制器集成到一個(gè)封裝內(nèi)，存儲(chǔ)管理動(dòng)作就在內(nèi)部進(jìn)行。因?yàn)樗薪M件都集成到了一起，內(nèi)部控制器負(fù)責(zé)損耗均衡、糾錯(cuò)等等工作，達(dá)成低功耗、小體積的目的。而常見(jiàn)SSD固態(tài)硬盤(pán)的“主控芯片”一般都是外置的。W7Nesmc

從性能層面來(lái)看，SSD作為應(yīng)用于PC或大型計(jì)算機(jī)的組成部分，對(duì)功耗沒(méi)有那么敏感，所以堆砌更多的NAND芯片、以更多的通道數(shù)、更激進(jìn)的接口規(guī)格和協(xié)議來(lái)實(shí)現(xiàn)更快的傳輸速度。SSD主控的工作方式以多NAND芯片并行來(lái)實(shí)現(xiàn)加速。另外SSD的控制固件往往還具備了更多的功能。W7Nesmc

更早期的eMMC則會(huì)簡(jiǎn)單不少，最初也就是把MMC嵌到主板上。在成本、功耗、體積的考量上，SSD實(shí)現(xiàn)比eMMC/UFS更高的性能、吞吐也是應(yīng)當(dāng)?shù)摹?img src="https://www.eet-china.com/d/file/news/2021-05-19/ca6d8637cb171888db3a6b3e54953908.jpg" />W7Nesmc

上面這張圖的總結(jié)，可能橫向?qū)Ρ汝P(guān)系相對(duì)混亂，比如不同協(xié)議定義的層級(jí)、關(guān)系之間無(wú)法做到一一對(duì)應(yīng)（比如M-PHY和PCIe，并不能成為完全并列的關(guān)系，鑒于篇幅本文不再詳述）。W7Nesmc

不過(guò)有一點(diǎn)是一定的，當(dāng)代計(jì)算機(jī)上的SSD都走PCIe總線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)（PCIe協(xié)議本身定義了下面的事務(wù)層、數(shù)據(jù)鏈路層和物理層），而且對(duì)于NVMe的支持也幾乎是標(biāo)配（NVMe作為指令標(biāo)準(zhǔn)，位于協(xié)議棧的上層，如下圖）。W7Nesmc

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可以說(shuō)PCIe和NVMe的組合，構(gòu)成了當(dāng)代計(jì)算機(jī)SSD與外部通訊的主流方式。大部分發(fā)燒友應(yīng)該也都知道，單從接口來(lái)看PCIe 3.0 x4能夠達(dá)成4000MB/s的理論帶寬，如今PCIe 4.0的SSD也開(kāi)始上線(xiàn)了，理論傳輸帶寬可再翻番。W7Nesmc

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看完SSD，再來(lái)看看手機(jī)常見(jiàn)的UFS：從層級(jí)結(jié)構(gòu)來(lái)看，UFS包含了三層，最上層應(yīng)用層將SCSI標(biāo)準(zhǔn)作為基準(zhǔn)協(xié)議（除了精簡(jiǎn)版的SCSI指令集支持，似乎也有其他選擇）；中間的傳輸層負(fù)責(zé)將協(xié)議封裝為幀結(jié)構(gòu)；最下面的互聯(lián)層其實(shí)是來(lái)自MIPI，數(shù)據(jù)鏈路和物理層分別就是MIPI的UniPro和M-PHY。W7Nesmc

值得一提的是M-PHY也是移動(dòng)版PCIe（M-PCIe）的底層物理層。W7Nesmc

iPhone 6s也用過(guò)固態(tài)硬盤(pán)？

從常規(guī)意義來(lái)看，SSD應(yīng)用于手機(jī)其實(shí)是很難成行的，主要包括體積、功耗方面的限制；這就好像手機(jī)不能直接插DDR內(nèi)存條一樣。不過(guò)黑鯊4 Pro宣稱(chēng)自己用上了SSD，這事兒靠譜嗎？W7Nesmc

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從艾奧科技的拆解來(lái)看，黑鯊4 Pro的主板上還真能看到打著群聯(lián)標(biāo)志的“BGA SSD”，群聯(lián)是SSD主控芯片的主要供應(yīng)商，雖然這枚“SSD”和常規(guī)固態(tài)硬盤(pán)看起來(lái)在形態(tài)上與我們通常的認(rèn)知差別甚大。群聯(lián)在今年3月份似乎也確認(rèn)了這則消息。這枚SSD與右側(cè)的SK海力士UFS 3.1組成RAID0陣列。這種設(shè)計(jì)在手機(jī)里還真是相當(dāng)罕見(jiàn)。W7Nesmc

有關(guān)這款黑鯊手機(jī)在存儲(chǔ)方面的具體方案，我們恐怕是很難了解其中細(xì)節(jié)的。不過(guò)很多人不知道的是，在此之前就隱約有用SSD的先例，那就是iPhone……W7Nesmc

蘋(píng)果iPhone在存儲(chǔ)方案上一直也都算是業(yè)界奇葩。早在2010年，就有消息來(lái)源提到iPhone 4在用一種名為PPN（Perfect Page New）標(biāo)準(zhǔn)的NAND存儲(chǔ)器，而非當(dāng)時(shí)相當(dāng)普及的eMMC。據(jù)說(shuō)蘋(píng)果當(dāng)時(shí)的方案可以有效延長(zhǎng)存儲(chǔ)器的循環(huán)壽命——更具體的資料現(xiàn)在已經(jīng)比較罕見(jiàn)。W7Nesmc

而iPhone 6s再次展現(xiàn)了蘋(píng)果“奇葩”的一面。當(dāng)年iPhone 6s的存儲(chǔ)方案被蘋(píng)果標(biāo)注為APPLE SSD AP0128K，跟MacBook上標(biāo)注的編號(hào)還挺類(lèi)似。從那時(shí)起，iPhone的內(nèi)部存儲(chǔ)還真是普遍基于PCIe，只不過(guò)因?yàn)楣姆矫娴目剂?，最底層的物理層換成了MIPI M-PHY。前文已經(jīng)提到，M-PCIe（PCIe移動(dòng)版）物理層就是M-PHY。W7Nesmc

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考慮到一方面PCIe標(biāo)準(zhǔn)下的PHY功耗高，另一方面低功耗狀態(tài)遷移延遲太大，M-PCIe就把標(biāo)準(zhǔn)PCIe的物理層換成了M-PHY，上層保持不變，也就能夠?qū)嵤└みM(jìn)的電源管理策略。M-PCIe在吞吐方面自然也會(huì)低于一般的PCIe，此前Synopsys在IP宣傳中提到，M-PCIe以Gear 1/2/3這種形式來(lái)標(biāo)注信號(hào)速率，Gear M的速率就等于PCIe Gen (M-1)的速率。W7Nesmc

其實(shí)移動(dòng)平臺(tái)采用PCIe不稀罕，不過(guò)iPhone 6s基于PCIe的存儲(chǔ)方案再上層協(xié)議是NVMe。在此之前應(yīng)該不存在移動(dòng)存儲(chǔ)解決方案會(huì)用這樣的方案，雖然很早之前似乎就有廠(chǎng)商在不遺余力宣傳PCIe和NVMe會(huì)成為移動(dòng)存儲(chǔ)的未來(lái)（PCI-SIG？）。W7Nesmc

而且從此前的資料來(lái)看，iPhone 6s在NAND存儲(chǔ)顆粒部分還用上了SLC/TCL NAND混合解決方案（AnandTech此前基于寫(xiě)入時(shí)間的數(shù)據(jù)深度測(cè)試），SLC作為cache存在，寫(xiě)入的數(shù)據(jù)首先會(huì)到SLC cache部分，因?yàn)镾LC還是比TLC更快的。這是提升性能和效率的一類(lèi)方案。W7Nesmc

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iPhone 6s對(duì)當(dāng)時(shí)一眾競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手在順序讀寫(xiě)性能上的碾壓，來(lái)源：AnandTechW7Nesmc

蘋(píng)果此后歷代iPhone都在走這條路，與其他手機(jī)都不同。所以iPhone的存儲(chǔ)性能算是在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)保持著對(duì)其他手機(jī)的碾壓地位，雖然可能其中還有很多細(xì)節(jié)是我們不了解的。W7Nesmc

那我們能不能就此說(shuō)，iPhone用的是SSD固態(tài)硬盤(pán)呢？這恐怕取決于SSD如何定義了，與黑鯊4 Pro是否真的采用SSD應(yīng)該是同類(lèi)型的問(wèn)題。只不過(guò)PCIe+NVMe這種思路與UFS，其發(fā)端就根本不同（UFS就是針對(duì)移動(dòng)設(shè)備提出的；而SSD則是針對(duì)HDD硬盤(pán)的換代設(shè)備類(lèi)型），尤其上層部分NVMe（如命令隊(duì)列數(shù)與深度上的碾壓地位）——雖然像手機(jī)這樣的移動(dòng)平臺(tái)能否發(fā)揮NVMe的性能優(yōu)勢(shì)還是相當(dāng)存疑，把這類(lèi)案例算作是在手機(jī)里放進(jìn)SSD，好像也基本符合SSD的設(shè)定。W7Nesmc

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來(lái)源：iFixitW7Nesmc

高速存儲(chǔ)對(duì)游戲體驗(yàn)有幫助嗎？

事實(shí)上，從今年普遍開(kāi)推UFS 3.0/3.1的Android手機(jī)和最新iPhone 12的存儲(chǔ)性能測(cè)試對(duì)比來(lái)看，性能差別已經(jīng)不像過(guò)去那么大了（雖然這種跨平臺(tái)的對(duì)比，可靠性還是相當(dāng)值得懷疑），而且系統(tǒng)層面還包含更多的影響因素。W7Nesmc

去年發(fā)布的UFS 3.1規(guī)格， 幾個(gè)主要的更新都能夠在當(dāng)代SSD找到對(duì)應(yīng)的特性。UFS也因此正在功能上向SSD靠攏。比如說(shuō)SLC cache也是UFS 3.1的更新特性之一，前文也提到iPhone早前就有應(yīng)用這類(lèi)特性的傳統(tǒng)。W7Nesmc

回到黑鯊4 Pro，這款手機(jī)在宣傳中不僅提到了NVMe SSD，而且提到了將SSD與UFS 3.1構(gòu)成RAID陣列。據(jù)說(shuō)實(shí)測(cè)其順序讀取速度接近3000MB/s——已經(jīng)高于UFS 3.1本身。雖然我們并不清楚其中的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)，不過(guò)在技術(shù)上對(duì)性能的進(jìn)一步追求總是值得鼓勵(lì)的。這類(lèi)存儲(chǔ)解決方案的投入成本是否真的有價(jià)值又是另一個(gè)話(huà)題了，比如方案占用移動(dòng)設(shè)備內(nèi)部空間可能造成其他組成部分的妥協(xié)等。W7Nesmc

另外黑鯊4 Pro作為一款面向游戲愛(ài)好者的手機(jī)，采用這類(lèi)提高存儲(chǔ)性能的方案對(duì)于游戲體驗(yàn)是否有幫助的問(wèn)題，《SSD固態(tài)硬盤(pán)對(duì)游戲行業(yè)的一場(chǎng)革命》一文對(duì)此有少許解讀。這可能很大程度取決于Android本身的游戲開(kāi)發(fā)生態(tài)，是否對(duì)高速存儲(chǔ)有足夠的支持——比如Windows開(kāi)始推DirectStorage API，或者索尼PS5在開(kāi)發(fā)生態(tài)上為高速存儲(chǔ)提供了更多的支持。W7Nesmc

高速存儲(chǔ)本身理論上并不會(huì)提升游戲幀率，在如今的Android平臺(tái)上，黑鯊4 Pro的這類(lèi)方案最大的價(jià)值大概限于提升游戲場(chǎng)景的加載速度（比如進(jìn)入游戲的速度、進(jìn)入某個(gè)新場(chǎng)景的過(guò)渡畫(huà)面停留時(shí)間），體驗(yàn)提升會(huì)相對(duì)有限。而蘋(píng)果對(duì)自家生態(tài)的全面把控，實(shí)際上會(huì)更有助于高速存儲(chǔ)得到更充分的利用，就像索尼PS5作為一個(gè)相對(duì)封閉的游戲生態(tài)那樣。W7Nesmc