Universal Flas Storage (UFS) - nový standard pro NAND paměti

13. 2. 2013 07:00    Rubrika: Technologie    Autor: Jakub Pavlis

JEDEC Solid State Technology Association je společnost zabývající se vývojem standardů pro mikroelektronický průmysl. Jeho hlavním projektem je dnes práce na standardu UFS. Ten má nahradit starší eMMC v oblasti připojení a správy paměťových čipů v (nejen) mobilních přístrojích, zejména zajistit vyšší pracovní rychlosti a menší energetické nároky.

Historie UFS sahá až do roku 2007, kdy byla myšlenka v asociaci JEDEC zformována pod kódem JC64.1. První standard UFS 1.0 byl vydán v prosinci roku 2009 a minulý rok (2012) v červnu vyšel update na UFS 1.1. A již tento měsíc ohlásila jako první firma Toshiba, že zaslala vzorky 64GB flash modulů výrobcům spotřební elektroniky. Samozřejmě bude ještě chvíli trvat, než se objeví první finální produkty nabízející tuto technologii, ale dočkat bychom se měli ještě letos. Zatím si pojďme říci, co to UFS vlastně je.

Hlavním konkurentem je pro UFS starší standard eMMC, vůči kterému se především vymezuje. První velkou zbraní v tomto souboji má být zpětná kompatibilita právě s tímto standardem a jeho protokolem EMMC v4.51. Dalšími cíli jsou snížení energetických nároků a výrazně vyšší rychlosti jak při přímých přenosech, tak v aplikacích zaměřených na náhodné čtení a zápisy.

Pro UFS 1.1 platí, že datové přenosy mohou dosahovat teoretického maxima 2,9 Gbps (300 MB/s) pro jednu linku v obou směrech, navíc je výkon škálovatelný přidáním dalších linek. Na softwarové úrovni těží z využívání architektury SCSI, především z možnosti využívat více příkazů oproti eMMC a řadit je do fronty, vylepšená je i spolupráce s multi-taskovými operačními systémy paralelizací partition (Multiple partitions (LUN) Parallel function). Právě paralelizace a SCSI příkazy jsou hlavním zdrojem rychlejší práce při náhodném čtení/zápisu. Topologie „sítě“ vytvořené z UFS zařízení je plně duplexní, data tedy mohou datovou linkou putovat naráz v obou směrech, což je další zásadní vylepšení oproti eMMC, které pracuje pouze v half-duplexu (oboustranné spojení, ovšem v témže čase může vysílat pouze jedna strana).

Co se týče hardwarové vrstvy, spojila se JEDEC s dalším velkým hráčem v oboru, aliancí MIPI. Ta je zaměřena na mobilní zařízení a standardizaci jejích protokolů (například pro řízení spotřeby, komunikaci s optickou technikou (kamery a fotoaparáty), displeji...) a řídí ji zástupci firem jako je Intel, Samsung, STMicroelectronics nebo Toshiba.

MIPI dodala technologie UniProSm a M-PHY. UniPro je rozsáhlý soubor specifikací pro komunikaci chip-to-chip, kdy vytváří jednotný „tunelový“ protokol pro ostatní specifické protokoly. M-PHY je pak specifikovaný interface designovaný jako primární fyzický interface pro UniPro, je sériový a škálovatelný právě až na výše zmiňované rychlosti 2,9 Gbps na linku.

Jak vidno, UFS je především přenosový protokol s hardwarovým pozadím, který má ambice ovládnout aplikace, kde se využívají flash paměti. Jde především o samotný protokol a interface, paměti vlastně může dodávat jakýkoli výrobce, ale není náhodou, že první funkční vzorky představila Toshia, jinak také člen MIPI. Zásadní výhodou UFS je nová propracovaná architektura spojená s jinou běžně používanou, totiž SCSI, samozřejmě vyšší rychlosti a soustředění se na energetickou nenáročnost. Použití najde všude tam, kde dnes využíváme NAND flash paměti a je potřeba přenášet data, jde tedy i o zlepšení práce aplikací postavených na Mass Storage nebo XiP. Vhodný je jak pro trvalé (embedded) paměti, tak přenosné paměťové karty.

Hlavní nevýhodou je jistě nutnost nového hardwaru (i když s eMMC je zpětně kompatibilní) a fakt, že eMMC se stále vyvíjí, má širokou základnu uživatelů a především cenou může ještě nějaký ten rok být konkurenceschopný.