嵌入式快閃介面改朝換代　UFS稱霸高速行動儲存

圖1 群聯電子產品專案管理處長陳禹任指出，UFS資料傳輸採序列式傳輸模式，兼具SSD的速度和eMMC的低功耗特色。

行動裝置應用不斷發展，包括視訊直播、4K影音串流、AR/VR應用等，讓內建快閃記憶體儲存容量不斷提升。據統計，2000年時，平均每人身上僅攜帶40MB的記憶體，但到2020年，每人身上的電子產品記憶體容量，合計將高達6900GB，因應記憶體容量不斷攀升的趨勢，相關廠商早就著手研議新世代記憶體介面標準，群聯電子產品專案管理處長陳禹任(圖1)表示，UFS 1.0標準2011年2月就問市、UFS 2.0於2013年9月完成，最新的UFS 2.1於2016年3月正式推出。

與目前的嵌入式快閃記憶體主流介面eMMC相較，UFS除了速度之外，包括擴充性、彈性、耗電等的各項功能都有顯著的提升(圖2)，陳禹任指出，UFS資料傳輸採序列式傳輸模式，兼具固態硬碟(SSD)的速度和eMMC的低功耗特色，同時達成高速傳輸和低耗電量。2.0版本採用雙線(2Lanes)傳輸模式，傳輸速率可達1200MB/s，是eMMC 5.1版本400MB/s的三倍以上。

資料來源：USFA 圖2 UFS介面標準效能全面提升

目前eMMC的規格從2006∼ 2007年左右開始發展，逐漸成為手機等可攜式裝置內建儲存的主要標準，到了目前的eMMC 5.1，囿於其技術架構中傳輸模式採用半雙工，讀寫必須分開，傳輸效能已經接近物理極限，加上高資料量的應用越來越多，推動新規格似乎是勢在必行的趨勢。

2016年全球手機市場規模約16億支，加上平板電腦或其他可攜式裝置，全球eMMC控制晶片市場規模約18億顆，目前全球快閃記憶體市場經過十多年來的整併，供應商呈現強者愈強的現象，包括三星(Samsung)、東芝(Toshiba)、海力士(Hynix)、Sandisk、美光(Micron)等，其中市占率最高的Samsung、Toshiba嵌入式控制晶片都自家掌握，直接與快閃記憶體搭配出貨，所以控制晶片與記憶體業者的關係就異常重要。

在市場滲透率部分，2017年可謂是UFS元年，陳禹任認為，64GB可視為UFS與eMMC的分水嶺，儲存容量超過64GB以上的就會導入UFS，預計會有超過20款旗艦級手機導入，根據市場研究機構集邦科技(DRAM eXchange)研究報告指出，UFS今年將挑戰20%市占率，2018年倍數成長到40%左右，2019年正式成為市占率達70%的主流。

在手機中，快閃記憶體的存取與應用處理器(Application Processor, AP)關係密切，事實上從2015年開始就有支援UFS的應用處理器問世，因應該規格的推動，包括高通(Qualcomm)、三星、聯發科(MediaTek)、海思(HiSilicon)、展訊(Spreadtrum)，2017年推出的新款應用處理器都將支援UFS最新的2.1規格。

因此，廣大的Android陣營更有迫切轉換升級的需要，除了陣營之間的競爭之外，高畫質影音的傳輸需求也會凸顯新舊規格的差異，實際測試複製5分鐘的4K影片(約3.3G)，採用NVMe的裝置17秒就完成複製，採用UFS 2.0的裝置則要花上52秒，速度差距有三倍之多。

群聯支援UFS 2.1的PS8311控制晶片具備High-Speed Gear 3、單通道傳輸/雙通道介面，內建StrongECC相較于傳統BCH ECC，可節省七成耗電、解碼效能提升三成、可強化並確保3D TLC可靠度。另外CoXProcessor架構承襲PCIe的設計理念，可減少系統延遲、提升隨機存取速度，傳輸效能接近SSD。

另外，PS8311還支援2D & 3D TLC，八組NAND顆粒，容量最大達256GB，實測序列讀取速度較eMMC提升30％，3D TLC連續讀/寫速度達到410/235MB/s，同時在IOPS(Input/Output Operations Per Second)的表現亦超過eMMC，3D TLC隨機讀/寫速度達到28.5K/26.5K IOPS，較eMMC快上2∼3倍。該晶片預計於第一季正式量產出貨。