海量信息的到來，推動著存儲產品不斷進步。手機作為現代最常用的電子設備之一，其中所用到的存儲產品也在不斷更迭。從最早先的SD，到eMMC，再到UFS，手機閃存的改變，加快了數據寫入和讀取速度，也提升了手機的用戶體驗。
如今，SD卡幾乎已經退出了手機市場的舞臺。 在這之後，eMMC和UFS相繼被手機用於其閃存當中。eMMC和UFS 都是面向移動端 Flash 的標準，早期的智能手機閃存標準多數採用eMMC，而到了2019年，這種情況發生了改變，不少智能手機開始採用UFS標準下的UFS 2.1標準。
一個月前，JEDEC（固態技術協會）發佈了關於UFS的最新標準——UFS 3.1新標準。而後，鎧俠（Kioxia）和西部數據（WD）就已經推出了首款適用於智能手機的UFS 3.1兼容存儲器。有市場猜測，UFS 3.1有望在下月實現商用，而這正好可以趕上 5G 主流智能機廠商的新品發佈。
UFS 3.1是什麼？
根據目前市場情況來看，UFS已經開始漸取代eMMC，成為未來一段時間內的主流手機存儲。那麼什麼是UFS，最新發布的UFS 3.1新標準，又會帶來哪些性能上的提升？
UFS（Universal Flash Storage）即通用閃存存儲。UFS 1.0標準誕生於2011年，但是，UFS1.0相較於eMMC並沒有實質上的優勢，所以並沒有得到大規模的使用。2013年9月，JEDEC發佈了UFS 2.0，2.0版本提供了更高的鏈路帶寬以提高性能，擴展了安全功能並提供了其他省電功能。按照數據來看，UFS 2.0提供了HS-G2和HS-G3（可選）兩個傳輸信道，理論帶寬分別為5.8Gbps（725MB/s）和11.6Gbps（1450MB/s），速度上大大超過了eMMC 5.0的400MB/s理論帶寬。從2016年開始，隨著UFS2.0實現量產以及手機處理器逐漸加入對UFS2.0的支持，UFS2.0閃存開始被主流旗艦手機所青睞。同年，JEDEC又發佈了UFS 2.1的通用閃存標準，2017年UFS 2.0開始向UFS 2.1標準升級，其可選的HS-G3通道也逐漸成為了“必選”。
2018年1月30日JEDEC發佈了UFS標準3.0版，該版本是針對需要高性能、低功耗的移動應用和計算系統而開發的。此外，UFS 3.0還使用MIPI M-PHY v4.1和UniProSM v1.8，具有更高的每通道11.6 Gbit / s數據速率（1450 MB / s）。其中，UFS 3.0是第一個引入了MIPI M-PHY HS-Gear4標準的閃存存儲，單通道帶寬提升到11.6Gbps，由於UFS的最大優勢就是雙通道雙向讀寫，所以接口帶寬最高23.2Gbps，也就是2.9GB/s，這個數據也是HS-G3（UFS 2.1）性能的2倍。2019年下半年大多數的主流旗艦機，也都選用了UFS 3.0。由此可見，通用閃存存儲產品開始漸入佳境。
2020年1月30日JEDEC發佈了UFS 3.1標準，相比於之前的版本，UFS 3.1更新了三個部分。包括“ Write Booster”——SLC非易失性緩存，可提高寫入速度。“DeepSleep”——增加了一種新的低功耗狀態，降低UFS的工作壓力和減少對穩壓器的喚醒來達到降低功耗的目的，延長設備的電池續航時間。以及“Performance Throttling Notifications（性能節流通知）”——當高溫導致存儲性能下降時，UFS設備可以通知主機，主機性能增強器功能是可選的。在該標準宣佈不到2個月的時間內，Kioxia和WD就推出了相關產品，另外，還有外媒爆料稱，預計UFS 3.1的芯片將會在今年開始量產，或在三星手機上首發。
UFS的競爭
據相關統計數據顯示，在2017年至2023年之間，用於大容量存儲應用程序的通用閃存市場將以最快的速度增長。全球通用閃存存儲市場估計將從2017年的165萬美元增長到2023年的450萬美元，在2017年至2023年之間的複合年增長率為18.3％。目前，三星、SK海力士、美光、東芝等公司都在UFS上有所成就。
就手機方面來看，全球目前手機廠商能夠選擇閃存生產廠家主要集中在美光、海力士以及三星這三家，而且絕大多數還是在三星手裡。
三星方面，在2018年高通香港4G/5G峰會上，三星就曾宣佈將於2019年起推行UFS 3.0存儲芯片的商用進程。據悉，其全新的UFS3.0閃存將於2019年上半年推出，首批將有128GB、256GB、512GB三種大小的存儲容量，最大數據傳輸速率為2000MB/s，2021年出貨1TB存儲容量。去年三星所推出的其首款摺疊屏手機Galaxy Fold就用上了UFS 3.0。2019年2月，三星電子在官網宣佈，全球首發量產512GB eUFS3.0閃存芯片，這也讓三星成為了全球唯一一家可以量產512GB eUFS3.0閃存芯片的公司。今年2月，realme也用上了三星的UFS 3.0，據快科技報道顯示，realme官方表示，realme x50 pro採用的是三星標準的UFS 3.0+turbo write技術。
在UFS 3.0方面，東芝在2019年宣佈已經試產了全球首個符合UFS 3. 0 標準的閃存芯片，主要面向智能手機等移動設備，東芝UFS 3. 0 閃存芯片容量有128GB、256GB和512GB三種規格，其512GB產品於2019年3月發佈。據悉，據悉，東芝UFS 3. 0 閃存芯片基於東芝的 96 層堆疊BiCS4 3D TLC閃存技術，使用東芝自研主控。512GB的UFS 3. 0 閃存芯片讀寫速度要比上代UFS 2. 1 分別提高大約70%、80%，不過東芝並沒有披露具體的讀寫速度。自去年10月後，東芝存儲更名為鎧俠。在今年當中，鎧俠推出了其UFS 3. 1閃存芯片。據悉，該芯片使用最新的 BiCS 3D NAND 閃存，搭配的是鎧俠自研的UFS 3.1主控，可選 128 / 256 / 512GB 和 1TB 容量，支持寫入加速、深度睡眠和性能節流通知等標準特性。
在UFS 3.1方面，西數也有了最新的產品——iNAND EU521。據相關報道顯示，西數UFS 3.1搭配了主控方案+ 96層3D TLC 閃存，可選128 / 256GB容量。西數在其新產品中也同樣跟進了本次UFS 3.1標準中的三項主要更新，但其並不支持可選項中的內容，即不支持任何類型的主機性能加速。
此外，還有廠商認為，即便目前3.1規範已經公佈了，但想要在今年看到智能手機全面升級到UFS3.1並不現實，除了新標準的普及需要一段時間和成本原因外，還需要手機SoC提供支持。
除了國際廠商外，我國致力於存儲產品的企業也在UFS上取得了一些成績。2018年，紫光存儲推出的首個國產UFS系列產品，面向旗艦智能手機和高端平板電腦等領域，採用的是JEDEC UFS2.1協議，支持雙線MIPI M-PHY HS-Gear 3物理層，傳輸速度可達11.6Gbps。
此外，宏旺半導體也在其官方微博上發表文章稱，移動設備閃存毫無疑問都會走向更有未來的UFS接口標準，尤其是5G網絡即將帶來的數據狂潮，則會讓UFS更有用武之地。宏旺半導體推出的UFS採用串行數據傳輸技術，以及全雙工運行模式，同一條通道允許讀寫傳輸，而且讀寫能夠同時進行，帶寬已達1.5GB/s以上。
UFS不僅讓存儲廠商迎來了新的發展機會，還讓主控廠商有利可圖。據相關報道顯示，臺灣廠商群聯電子（Phison）曾公佈在UFS閃存上的研發進程。據雷科技報道顯示，群聯的UFS 2.1分為2代產品，吞吐量分別為800MB/s和1333MB/s，據悉，其UFS 2.1主控產品曾經獲得了高通和華為的認可。而群聯最新的UFS 3.0的吞吐量更是高達2666MB/s，相比UFS 2.1基本是成倍增長。
除手機市場外，UFS的價值
UFS非常昂貴，所以在初期它僅適用於高端電子設備。但有調研機構認為，隨著連接服務以大幅下降的價格以及新應用程序的出現迅速增長，物聯網的安裝基礎將增加，這將導致對高存儲內存設備的需求，為UFS市場創造增長途徑。
此外，在UFS市場中，汽車電子領域預計將在預測時間表內實現高速增長。這可以歸因於對處理和存儲大量數據的需求不斷增長。在汽車領域上，也有很多廠商在此進行了佈局。其中，三星針對汽車等應用推出了eUFS解決方案。三星電子在2017年9月宣佈首款128GB eUFS技術有所突破之後，於2018年又宣佈量產了256GB eUFS 2.1車用內存。據悉，該儲存設備將為下一代駕駛輔助系統（ADAS）、車用娛樂系統與儀表板應用帶來更好的發展。
美光UFS 2.1產品也已經開始接觸汽車領域。2019年6月，美光的汽車級存儲解決方案UFS 2.1已經向汽車客戶開始送樣，當時公司預計2019年該產品將於第三季度實現批量生產。該產品基於64層TLC 3D NAND，容量覆蓋從32GB到256GB。公司表示，UFS 2.1產品組合滿足了快速系統啟動和由汽車娛樂系統和儀表盤數據帶動的更高數據帶寬的需求。
此外，2019年11月，鎧俠也宣佈已經開始送樣汽車級512GB容量的UFS 2.1嵌入式產品。鎧俠Automotive UFS 2.1系列產品是在2019年初發布的，有16GB、32GB、64GB、128GB和256GB容量可供選擇。據悉，其UFS 2.1車規級產品能夠支持汽車溫度範圍（-40°C至+105°C），以及符合AEC-Q100 Grade2 標準要求，並提供各種汽車應用所需的擴展的可靠性。
結語
目前，UFS產品已經在手機市場上取得了成績。同時，伴隨著5G的爆發，UFS產品還擁有著巨大的市場潛力。JEDEC雖然公佈的最新的標準，但相對較早的UFS標準依然還具有較強的競爭力，包括在UFS產品價格不再居高後，非旗艦手機可能會採用UFS，以及物聯網和汽車領域為UFS帶來的前景機會。
*免責聲明：本文由作者原創。文章內容系作者個人觀點，半導體行業觀察轉載僅為了傳達一種不同的觀點，不代表半導體行業觀察對該觀點贊同或支持，如果有任何異議，歡迎聯繫半導體行業觀察。
今天是《半導體行業觀察》為您分享的第2239期內容，歡迎關注。
“芯”系疫情｜ISSCC 2020｜日韓芯片｜華為｜存儲｜氮化鎵｜高通｜康佳
閱讀更多 半導體行業觀察 的文章
