杂说闪存一:关公战秦琼之 UFS VS NVMe

杂说闪存一:关公战秦琼之 UFS VS NVMe

最近某手机厂商的闪存门在知乎上被人踢爆,在所谓“爵士水军”和“友商水军”的口水大战中,至少eMMC, UFS等火星名词被广泛的科普了一把。苹果粉也不时掺和进来,NVMe在苹果手机上的应用让这个群体平添了一份“高冷”,安卓的小伙伴们被鄙视的都不敢回嘴了!

本着看热闹不怕事大的原则,我这个低端山寨手机拥趸决定以一个吸引眼球的故事开始本系列:到底UFS 2.1和NVMe谁性能好,谁能“代表社会先进生产力”呢?

UFS VS NVMe

UFS是为了替代eMMC而生,主要面向手机等嵌入式场景。NVMe是目标是取代SATA SSD硬盘接口,主要应用在计算机平台。两者似乎没有必要也没有机会正面PK,但是苹果就是这么任性,偏偏要在手机上使用NVMe。这就像一场荒(YOU)诞(QU)的穿越剧,关公(NVMe)和秦琼(UFS)被强行穿越到我们眼前PK,而且被要求fight to death!作为资深吃瓜群众,在他们开打之前,我先来介绍下两位选手的个人情况。


秦琼:UFS

UFS(Universal Flash Storage)目标是取代eMMC。在2008年,JEDEC就开始为并行的eMMC寻找串行方案。到了2012年,UFS 1.0诞生了,知道今天已经是2.1版了。UFS相较eMMC最大的不同是并行信号改为了更加先进的串行信号,从而可以迅速提高频率,同时半双工改为全双工。如图:


关公:NVMe

NVMe(NVM Express)目标是替换掉SATA接口。早在2009年Intel就开始着手寻找SATA的替代方案,在2011年有了1.0。最新的版本是1.2.1。NVMe实际上是一种通讯协议,在通讯协议里是应用层,它使用PCIe协议作为数据和链路层。如下:


NVMe是为SSD而生。在此之前SSD都用SATA接口。有人会好奇SATA也是串行接口,为啥还要创造个新的接口。SATA接口采用AHCI规范,其已经成为制约SSD速度的瓶颈。AHCI只有1个命令队列,队列深度32;而NVMe可以有65535个队列,每个队列都可以深达65536个命令。NVMe也充分使用了MSI的2048个中断向量优势,延迟大大减小。

战力分析

介绍完了两位猛将,我们来看看他们的装备。因为他们都基于NAND Flash技术,我们就从他们的区别最明显的部分比起。

1。坐骑

秦琼坐下黄骠马,入选唐朝七骏图。关公胯下赤兔马,人中龙凤,马中赤兔。都是大名顶顶。坐骑是速度的保证,要不关二爷也做不到温酒斩华雄。协议的带宽也是速度的象征,UFS采用两条lane,2.1的最大带宽为11.6Gbps,约为1200MB/s,如下图:


NVMe链路层采用PCIe,目前PCIe是3.0,一般采用4条lane,如果你看过前面我们PCIe的介绍(传送门:深入PCI与PCIe之一:硬件篇 - 知乎专栏),我们就知道带宽是4000MB/s,如下图:


就算2个lane,也是2000MB/s,>1200MB/s。看来黄骠马跑不过赤兔马啊。有人说不公平,UFS 3.0要来了,速度会加倍,如下图:


可是PCIe 4.0也会在今年面世,相信最需要带宽的NVMe会立刻采用,PCIe 4.0 * 4 lane的带宽将达到恐怖的8000MB/s,两个lane也有4000MB/s。完全是碾压式的。

2。武器

秦琼手拿两根四棱金装熟铜锏,关羽手持青龙偃月刀。兵器的好坏也决定PK的强弱。UFS采用UCS命令集,它是SCSI命令的一个子集。NVMe采用为NAND flash量身定制的精简ATA命令集,大大减少命令的复杂度,恐怖的命令队列数目和深度又保证了4K小文件的迅速读写。两者相比UFS命令集和理论处理能力上又大大落于下风。看来还是青龙偃月刀厉害啊。

实战

闲话休提,是骡子是马拉出来溜溜!PK是打出来的,不是说出来的。我们来看看实际的benchmark:

某厂UFS 2.1:


最高的我们算作800MB/s。


苹果iphone 6s plus 128GB版本:

benchmark网站测试结果。

顺序读:1840MB/s。顺序写:279MB/s

三星950 pro 512GB M.2 NVMe


最后,我们欣赏一下三星的性能王:


结语

看来关二爷勇冠三军啊,是不是关二爷一定会越来越好,步入人生巅峰呢?造化弄人,历史上秦琼秦叔宝辅佐李唐立国,配享凌烟阁,富贵而终,甚至变成门神。而我们公认勇武的关羽关二爷却败走麦城,掉了脑袋,只能在关帝庙里吸食些香火。市场欢迎的技术才是好技术,而谁又能真正准确预测市场呢?

滚滚长江东逝水,浪花淘尽英雄。

是非成败转头空。
青山依旧在,几度夕阳红。
白发渔樵江渚上,惯看秋月春风。
一壶浊酒喜相逢。
古今多少事,都付笑谈中。

后记

这是系列的第一篇。后面我们将顺序介绍NOR,NAND flash技术;FTL; MMC,SD卡;UFS,NVMe等等闪存技术,敬请期待。

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编辑于 2018-03-24

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