未來5G時代，傳輸速率、記憶體容量、應用內容資料量預期都要再往上提升，持續採用eMMC介面一定會拖累手機整體效能，轉換至UFS已是箭在弦上；2018年第四季，中階處理器將首度支援UFS介面，促成手機內建記憶體介面改朝換代。
智慧型手機儲存容量不斷提升，以最新iPhone XS為例，最低容量64GB起跳，中階256GB、高階甚至達512GB，加上後4G時代，傳輸速率超過100Mbps是家常便飯，高畫質的影音直播更是目前行動應用的主流，資料傳輸要避免成為手機運作的瓶頸，傳輸介面也要升級。
目前手機記憶體傳輸介面以eMMC為主流，不過這個架構已經在Android手機沿用多年，JEDEC協會於2011年推出UFS 1.0標準，欲取代效能已漸至極限的eMMC標準，發展多年直到2018年，eMMC還是穩居手機記憶體傳輸介面主流。群聯電子產品專案管理處長陳禹任(圖1)表示，過去兩年UFS的導入總是給業界「狼來了」的感受，關鍵在於手機處理器的支援，如今2018年第四季，主流的中階處理器開始支援UFS，相信就是該規格開始成長的重要關鍵。
圖1 群聯電子產品專案管理處長陳禹任表示，2018年第四季，主流中階處理器開始支援UFS，是該規格開始成長的關鍵。
UFS效能大幅超越eMMC
eMMC介面多年前從外接卡轉向內部儲存介面，等於與Android手機一起成長，成為手機內建記憶體的主流介面，但陳禹任說，eMMC 4.5的200MB/s到2013年5.0的400MB/s後介面的速度就沒有提升了。2015年eMMC 5.1版本僅支援Command Queue以提升隨機存取速度，表示該介面傳輸速率已接近物理極限。反觀UFS規格多年來雖然未能順利取代eMMC，卻沒因此停下發展腳步，2018年初，最新的UFS 3.0正式提出，相較於eMMC的效能優勢也越來越明顯。
UFS從2013年發表的2.0版本開始採用2 Lane的傳輸模式，傳輸速率可達1,200MB/s，已經是eMMC 5.1版本400MB/s的三倍以上。而3.0版本利用MIPI m-PHY Gear 4，在2 Lane模式下速率高達2,400MB/s，是eMMC 5.1的六倍；此外，行動裝置永遠都需要降低耗電量，陳禹任強調，UFS與eMMC的8bit平行式I/F不同，UFS資料傳輸採用序列式架構，CMD set是SCSI。因此，UFS可以兼具SSD的速度和eMMC的低功耗。
中階手機處理器扮演推手
未來5G時代，傳輸速率、記憶體容量、應用內容資料量預期都要再度提升，持續採用eMMC一定會拖累手機整體效能，轉換至UFS已是箭在弦上。根據產業研究機構的調查(圖2)，2018年UFS市占率約12%，eMMC尚擁有88%市場，UFS大概只出現在旗艦手機；2019年會加速市場滲透UFS 2.x規格市占預計約30%，UFS 3.x正式進入市場，取得3%市場，eMMC固守中低階手機，市占率約67%。2020年UFS系列介面整體市占達55%，將取代eMMC成為主流。
圖2 手機內建儲存介面發展趨勢
陳禹任解釋，與過去預測最大的不同在於，導入UFS的關鍵在於手機處理器的支援，過去主要是最高階處理器支援UFS，2018年第四季，中階處理器將首度支援UFS介面。以業界龍頭高通(Qualcomm)的產品線為例，過去僅8系列處理器支援UFS，接下來新款的中階處理器670將支援UFS 2.x版本，對UFS的普及產生更大的推動力量。當越來越多的中階手機晶片可以支援UFS，加上越來越多的NAND原廠UFS記憶體模組產品線uMCP成熟後，取代eMMC的速度就會加速。
而UFS速度跟容量是eMMC的數倍，在讀寫多顆NAND顆粒時，瞬間會產生相當大的耗電，因此各家NAND廠商的趨勢是把NAND VCC從3.3V降到2.5V。NAND IO VCCQ也就是連接控制晶片這端從1.8V降到1.2V，因應此一趨勢，UFS規格也定義了VCCQ 1.2V，並在3.0規格內另訂了VCC 2.5V。
技術與市場挑戰嚴峻
對於NAND Flash控制晶片廠商而言，未來面臨的挑戰也因為規格的提升而增加，陳禹任認為，從eMMC到UFS晶片設計門檻越來越高，UFS提升到3.0後，2,400MB/s與高IOPS、低延遲(Low Latency)的要求，意味者控制晶片要以SSD架構去設計，必須有強大的32bit處理器，不像eMMC以成本為設計考量，只須考量1 CH(通道)的架構，而是2 CH或4 CH，另外為了低延遲，很多處理用軟體做太慢了可能需要從硬體上解決，隨著NAND Flash製程不斷更新，預期控制晶片也將進入1x奈米製程，這對控制IC來講，複雜度與成本都將大幅提升。
智慧型手機市場已接近飽和，每年約15億支，陳禹任說，記憶體控制器不像光學鏡頭越用越多顆，也不像記憶體容量不斷提升，控制器漲價的空間有限，使用量也僅有一顆。為提升NAND Flash的耐用度也要持續精進控制器ECC的能力，而在支援新的3D NAND上，UFS所需要的ECC硬體能力如LDPC+ RAID，已經與PCIe SSD相當。另外，韌體對NAND Flash管理的Know-how一直都很重要，得到NAND Flash原廠的良好合作關係與技術支援，更是產品是否能成功的關鍵，也惟有持續投入保持技術領先才能不被市場淘汰。群聯針對UFS應用也推出PS8313記憶體控制晶片系列，分別支援嵌入式與外接UFS卡應用，可搭配記憶體容量最高達256GB。