Правда ли, что внутренние накопители смартфонов лучше любой карты памяти, и когда отправят на пенсию microSD?
Привет, Гиктаймс! В последние годы производители гаджетов считают, что хороший смартфон — монолитный смартфон. Аккумуляторы перестали быть съёмными, привычные SIM-карты, в их классическом понимании, тоже могут кануть в небытие, а взамен старой доброй microSD производители активно «педалируют» развитие встроенных в смартфоны накопителей. Действительно ли «приколоченные гвоздями» гигабайты настолько быстрые, выгодные и надёжные, или перед нами всего лишь новый виток на пути к «одноразовым» гаджетам?
Карты памяти соседствовали с умными телефонами ещё с «доисторических» врёмён. Первый в мире смартфон, IBM Simon, ещё в 1994 году довольствовался 1 Мбайт на внутреннем накопителе, но поддерживал подключение накопителей объёмом до 1,8 Мбайт при помощи интерфейса PCMCIA. И Nokia 9000 Communicator, которая появилась двумя годами позже, тоже могла похвастать слотом MMC.
После этого годы напролет слот MMC/RS-MMC/Memory Stick/SD/miniSD/microSD стал постоянным спутником мобильных телефонов. Исключение составляли только модели с огромным, монструозным объёмом памяти, которое выделялись на фоне конкурентов, как нынешние мобильники с 256 Гбайт на борту по соседству с обычным стиральным порошком смартфоном.
О чудесных отговорках производителей, которые ампутировали слот microSD в смартфонах, и «подвальном» способе нарастить память мы уже говорили ранее, а сегодня нам предстоит разобраться, является ли внутренний накопитель чем-то большим, чем «флэшкой наизнанку», и что он собой представляет в сравнении с microSD такого же периода выпуска.
eMMC — интегрированная «флэшка» в мультимедийных мобильниках
Отказ от съёмных накопителей в смартфонах, не будем лукавить, спровоцировал iPhone в 2007 году, а техническая реализация для производителей устройств «подъехала» из комитета стандартизации JEDEC в виде модулей eMMC.
Сферический eMMC-чип в упаковке: Kingston KE4CN2H5A, 4 Гбайт, 153-Pin, BGA
Что такое eMMC? Интегрированная мультимедиа карта (Embedded Multimedia Card). Разрабатывалась для мобильников, планшетов, навигаторов, автомобильных мультимедиа-систем и другой потребительской электроники. Дебют чипов eMMC пришёлся на 2008 год и совпал с периодом, когда производители электроники вынесли своё решение в так называемой «битвой форматов». За внимание вендоров боролись два варианта подсистемы памяти в мобильных устройствах:
• NOR-флэш память для хранения и SRAM/PSRAM в роли ОЗУ. За такую комбинацию выступали Intel и Spansion (ныне — Cypress Semiconductor). Накопитель в такой конструкции представлял собой MCP-чип, такого вида конструкция была наиболее распространена в эпоху кнопочных смартфонов. «Олдскульная» комбинация была мила производителям гаджетов умеренным энергопотреблением и более высокой производительностью в операциях на чтение данных.
• NAND-флэш память и SDRAM ОЗУ была новомодной конструкцией, за распространение которой выступал огромный альянс, в котором главными идеологами были Samsung и Toshiba. Такое сочетание компонентов негативно сказывалось на автономности мобильных устройств, зато производительность оперативной памяти и дешевизна (уже тогда) NAND сделали своё дело — мобильники нуждались в собственных накопителях не только для служебных нужд, а NAND уже на раннем этапе своего внедрения в гаджеты обходилась вендорам на треть дешевле, чем NOR.
Принцип работы eMMC в сравнении с типичными флэш-накопителями
Наибольшее распространение получил второй вариант, поэтому типичный накопитель eMMC представлял собой чип на базе NAND-памяти + интегрированный контроллер с поддержкой коррекции ошибок (ECC). Таким образом, производители мобильной техники заполучили ёмкую и недорогую реализацию подсистемы памяти, минуя неуклюжие (как для телефонов) жёсткие диски.
2008 год. Учёные выяснили, что памяти в смартфонах может быть много
Словом, интегрированная универсальная (а не только под настройки, реестр приложений и телефонную книгу) память в смартфонах всё ещё была бешено дорогой, но уже могла похвастаться внушительным на объёмом на рубеже 2009-2010 гг. Не забывайте, что до съёмки видео в Full HD в популярных смартфонах ещё оставалось немало времени, а в 2009 году на свет появилась Nokia N97 с умопомрачительными 32 Гбайт встроенной памяти стоимостью всё те же 27 тысяч рублей на старте продаж.
Ёмкость eMMC в смартфонах увеличивалась не так интенсивно, как хотелось бы (источник: Micron Marketing)
И всё же карты памяти аналогичного периода были в разы дешевле. Даже с учётом того, что microSDHC был новым стандартом, а продажи приходились чаще всего на карты стандарта Class 4.
На стороне интегрированной памяти, в теории, была более высокая производительность в линейных операциях на чтение и запись, и новейший стандарт eMMC 4.41 образца 2010 года допускал «потолок» пропускной способности до 100 Мбайт/с, скорость записи до 30 Мбайт/с. Стоит ли говорить, что:
1. В реальных сценариях работы скорость была несравнимо ниже 2. Аппаратная платформа смартфонов 2010 модельного года не могла реализовать весь потенциал eMMC 4.1 3. Подавляющее большинство смартфонов довольствовались 4-8 Гбайт встроенной памяти
При этом карты памяти классов 4 и 6 де-факто умели работать даже быстрее, чем им позволял встроенный в смартфоны контроллер, запись видео с битрейтом свыше 50 Мбит/с в мобильниках была экзотикой, а быстродействие приложений, как и в случае с SSD зависело не от пиковых линейных значений скорости, а от быстродействия в работе с крохотными файлами объёмом до мегабайта.
2013 год. Период зрелости eMMC, «доработка напильником»
Версия интерфейса MMC
Пропускная способность, Мбайт/с
Предельная скорость записи, Мбайт/с
4.41
104
В дальнейшем JEDEC дорабатывали eMMC неспешно: если не принимать в расчёт эволюцию NAND-флэш, заключалось во внедрении и доработке SecureTRIM, а ещё накопители учили взаимодействовать с новыми типами оперативной памяти DDR. Производительность eMMC выросла до пиковых 260 Мбайт/с по шине и 50 Мбайт/с для записи «в прыжке», в линейных операциях. И, хотя системы на чипе в смартфонах всё ещё были слишком медленными для того, чтобы «выжать все соки» из такой памяти, интегрированные накопители наконец созрели для работы с другим классом устройств — Windows-планшетами.
На этом стандарт eMMC 4.5 устаканился с 2013 года, когда смартфоны начали примерять модули памяти ёмкостью 64 Гбайт.
Что в аналогичную эпоху могли предложить карты памяти microSDXC? Например, новый стандарт быстродействия Class 10 UHS-I с передачей данных до 104 Мбайт/с (
50 Мбайт/с на чтение и
40 Мбайт/с для записи в реальных условиях при линейных операциях), до 2000 IOPS в режиме чтения. То есть, видеопоток даже с самым внушительным битрейтом укладывался в быстродействие карт памяти с запасом. А вот запуск исполняемых файлов с карты памяти в смартфонах 2013 года, увы, отвоевала eMMC — начиная с Android 4.4 KitKat Google «закручивал» гайки и ограничивал доступ приложений к карте памяти до тех пор, пока в «ванильной» версии операционной системы не был закрыт доступ даже для записи кэша гигантских 3D-игр.
Android, который мы потеряли. Ну, по крайней мере, его менеджмент памяти
С дебютом eMMC 5.0 интегрированная память смартфонов сделала гигантский рывок в производительности, но на смену ей пришёл новый и, по результатам тестирования, более перспективный стандарт интегрированных накопителей.
Новейшее время. UFS, NVMe и другие способы «наваливать» сверхбыстрые накопители в телефоны
В поздних ревизиях eMMC (5.0 в 2013 году и 5.1 в 2015 году) JEDEC в кои-то веки не просто «надули» линейную скорость чтения и записи, но и внедрили многопоточный протокол обработки команд — задержки в операциях с произвольным доступом к информации стали ниже. Также появился сбор статистики о здоровье накопители (до этого по-настоящему толковой системы диагностики в eMMC попросту не было), функция безопасного ухода в сон и возможность обновления прошивки на работающем устройстве (пригождается в устройствах промышленного класса).
И всё же гораздо более громким событием стал дебют стандарта UFS. Его разработка началась в 2011 году, но разрабатывали его «в муках», поэтому распространение получили лишь устройства на базе поздних (2013 год) вариантов UFS 2.0 и 2.1. В частности, накопитель стандарта UFS 2.0 и память LPDDR4 впервые получил смартфон Samsung Galaxy S6. Корейский производитель даже пошёл на риск и отказался от слота для microSD, чтобы обратить внимание покупателей на быстродействие нового типа памяти. Как показала практика, такой ход был ошибочным, поэтому в новом поколении Galaxy S Самсунг вернул возможность установки карт памяти.
Карты памяти UFS придут на смену microSD… наверное
В силу многих причин UFS выглядит наиболее вероятным преемником современных разновидностей Embedded Multimedia Card: • последовательный интерфейс (UFS) намного предпочтительнее параллельного (eMMC) с точки зрения производительности • энергопотребление в простое почти в 2 раза ниже, чем в вариантах на базе MMC • возможность разработки карт памяти и бесшовной интеграции с внутреннем накопителем смартфонов • эффективный swap в случае, когда ОЗУ мобильного устройства набита битком
Сегодня за внедрение нового стандарта памяти выступают Samsung, Nokia, Texas Instruments, STMicroelectronics и Micron Technology. Но реализовать новый стандарт в серийных устройствах — дорогое удовольствие, тем более, что ни о какой обратной совместимости с microSD речи не идёт.
Второе поколение накопителей UFS должно было перевернуть рынок накопителей в мобильной технике, однако его внедрение отложили на неопределённый срок
Большинство производителей придерживаются консервативных взглядов и предпочитают более распространённый, хотя и менее производительный вариант с eMMC 5.1. Раньше 2018 года ожидать серийных устройств со сменными накопителями стандарта UFS вряд ли стоит.
Есть ли в такой ситуации производитель с третьей точкой зрения? Есть, и вы с одного раза угадаете, кто норовит, так сказать, «Think different» вопреки всем конкурентам.
А не замахнуться ли нам на SSD в мобильнике?
Если Samsung «переизобретает» улучшенный вариант MMC, а консервативные производители отвечают «мы и со старым ещё повоюем!», то Apple, по сути, выступает за интеграцию в смартфон привычной нам по новейшим SSD памяти при помощи кастомной реализации PCI-e и протокола NVMe!
Энтузиаст разработал драйвер и картридер для чипы NVMe из iPhone 6s (Осторожно! Все права защищены, и тому подобное)
Сказать, что Apple установил SSD в смартфон, было бы слишком громким заявлением (всё-таки, внутри iPhone нетипичная реализация твердотельных накопителей), но среди всех распространённых вариантов накопителей в мобильниках этот ближе всех к тому, что мы наблюдаем в ПК и ноутбуках.
Впервые такой накопитель Apple применила в iPhone 6s и 6s Plus без особого пиара такого подхода, поэтому разрыв порядка 35-37% в сравнении с UFS 2.0 и одним из быстрейших в плане памяти Samsung Galaxy S6 был практически сенсационным.
Накопитель под управлением NVM Express в iPhone 6s задал жару конкурентам в последовательных чтении и записи (источник: Anandtech.com)
… хотя в случайных операциях отнюдь не блистал
Но ведь об этом никто не писал, верно? Поэтому, вы будете смеяться, но ратующий за высокую производительность накопителей Samsung не стал модернизировать встроенную память в Galaxy S7, а Apple посчитали революцию в iPhone 6s достаточной, поэтому с точки зрения быстродействия воз и ныне там — айфон с его «микро-SSD» второй год подряд остаётся смартфоном с самой быстрой подсистемой памяти.
Солидные цифры в последовательных операциях на накопителях смартфонов радуют глаз, но на деле пользователю мобильника неоткуда взять и начать качать/загружать данные на гигабитной скорости.
Гораздо важнее время отклика, скорость запуска компактных приложений, надёжность (чтобы не «ой, зависла, нужно подождать) и скоростные характеристики, которых хватит для записи сверхчёткого видео в современных камерах. Под такие задачи сегодня проектируются карты памяти microSD стандарта UHS-I Speed Class 3. Например, карты памяти Kingston SDCA3 не «захлебнутся» даже в записи потокового видео при битрейте свыше 500 Мбит/с, да и штамповать фотографии в RAW можно десятками штук. В смартфонах скоростного потенциала карты хватает с внушительным запасом — накопитель по-настоящему «хардкорен».
Kingston SDCA3 — новейшая карта памяти стандарта UHS-I Speed Class 3
Чуть менее агрессивная по скоростным характеристикам, но тоже современная модель — карта SDCG Kingston Gold UHS-I Speed Class 3. Её главная суперспособность — быть достаточно быстрой для записи 4K-видео и сохранять информацию в ситуациях, когда «ой, кажется моя камера/смартфон всё». Золотая серия Kingston не столь быстрая в экстремальной нагрузке, как SDCA3, но даже она в 4,5 раза проворнее карт памяти стандарта Class 10.
Kingston Gold UHS-I Speed Class 3 — устойчивая к внешним воздействиям карта с быстродействием для записи 4K-видео
Так может ну их, эти карты памяти?
В идеальном мире, о котором любят рассказывать Apple и Google, владелец смартфона путешествует между точками доступа Wi-Fi с безупречной скоростью и по территории с необычайно качественной, не перегруженной связью стандарта LTE-Advanced. Причём делает это с безлимитным тарифным планом (ха-ха-ха!), посредством которого 4K-видео, фильмы в разрешении Full HD и гигабайты игр равномерно размазываются по накопителям ёмкостью 64 Гбайт или чуть менее того. Реальность настолько прозаичнее, что лучше не будем расписывать её в подробностях — мечтатели будут огорчены.
Не стоит забывать и о том, что мобильные системы на чипе перешли на техпроцесс 10 нм FinFET, а это значит, что дальнейшее развитие технорм будет проходить мучительно долго. То есть, процессоры в смартфонах будут развиваться менее интенсивно, как это уже происходит в десктопах. И, если покупатели смартфонов будут реже менять их на новые модели, накопители станут «бутылочным» горлышком для обладателей смартфонов без слота microSD.
Видишь ёмкость 16 Гбайт — не верь глазам своим (источник: ZDNet.com)
А ещё покупка карты памяти высокой ёмкости по-прежнему обходится выгоднее, чем пара лет оплаты облачного хранилища (для доступа к которому требуется соответствующее качество интернета). Тем более, что надёжность современных «флэшек» поможет спасти все необходимые данные, когда смартфон умер и не успел синхронизироваться с онлайн-накопителем.
Пусть в вашей жизни всегда будет эффективный «план Б» даже в самых неприятных ситуациях, а дорогие сердцу данные никогда не теряются! Ведь только в них и дорогих нам людях запечатлены детали повседневной жизни, о которых мы с теплотой будем вспоминать десятилетия спустя.
Подписывайтесь и оставайтесь с нами — будет интересно!
Для получения дополнительной информации о продукции Kingston и HyperX обращайтесь на официальный сайт компании. В выборе своего комплекта HyperX поможет страничка с наглядным пособием.
В данном материале мы расскажем о таком носителе информации, как eMMC. Подробно остановимся на особенностях накопителя, области применении, стандартах, основных возможностях и недостатках.
Что такое eMMC
eMMC – аббревиатура embedded Multimedia Memory Card, что в переводе с английского – встроенная мультимедийная карта памяти. Накопитель представляет собой энергонезависимую систему памяти, что распаивается на материнской плате устройства. Чип состоит из флеш памяти и управляющего контроллера, что занимается задачами: ввода-вывода информации, коррекцией ошибок, сбором «мусора», очисткой и перезаписью, и т.д. Благодаря этому удается снизить нагрузку на процессор, что положительно сказывается на производительности и расходе энергии.
Особенности и возможности eMMC
Встраиваемая память характеризуется низкими габаритами, обычно 10х10 мм и толщиной до 2 мм. Это позволяет устанавливать накопитель в устройства, где важно сэкономить внутреннее пространство – телефоны, смартфоны и прочая портативная электроника. А отсутствие подвижных частей, как в HDD дисках, исключает вероятность повреждения в процессе транспортировки или при падениях с небольшой высоты.
Наличие контроллера внутри корпуса упрощает работу с памятью. И речь не только о разгрузке центрального процессора за счет избавления от низкоуровневого управления флеш-памятью. Простота исполнения чипа, отсутствие сложностей при программировании и загрузки прошивки, способствует уменьшению вкладываемых ресурсов разработчиками, а так же способствует упрощению дальнейшей поддержке и обновления выпускаемой продукции. Кроме того ввиду простоты eMMC память обходится дешевле SSD накопителей, что сказывается на конечной стоимости продукции.
Поскольку eMMC относится к типу флеш накопителей, где нет подвижных элементов в конструкции, скорость обмена информации выше, в сравнении с механическими жесткими дисками. К примеру, у современного среднестатистического eMMC накопителя скорость чтения достигает нескольких сотен МБ, аналогично и со скоростью записи. Такие показатели в несколько раз превосходят жесткие диски. А в случае со временем доступа и со скоростью ввода/вывода информации результаты у eMMC ещё выше.
При этом eMMC память заметно уступает в скоростных показателях SSD дискам. Причем наиболее бюджетная модель SSD превосходит eMMC накопитель по всем параметрам, что не удивляет. Диски SSD представляют собой RAID-массив из нескольких микросхем памяти, где чтение и запись происходит одновременно со всех микросхем. А вот eMMC накопитель чаще представлен одной микросхемой, ещё и кратно меньшим размером.
Кроме того eMMC накопители характеризуются низким потреблением энергии, что составляет доли ватта. А вот SSD диски такой экономией похвастаться не могут.
Стандарт eMMC
По мере эксплуатации eMMC памяти, требования к пропускной способности среди потребителей росли. Поэтому постепенно вводились новые стандарты, характеризующиеся увеличением скорости записи и чтения информации:
Стоит отметить, что указанные параметры отображают максимальную скорость регламентированную стандартом. Достичь предельных скоростей в реальных сценариях непросто или невозможно. Это объясняется разницей в конфигурации мобильного устройства и размером передаваемой информацией.
Наиболее значительного продвижения удалось достичь в версии 5.0 и 5.1. И дело не только в увеличении пропускной способности. Новые ревизии демонстрируют снижение задержек в операциях с произвольным доступом к информации. Появились инструменты для диагностирования состояния флеш памяти. Так же была внедрена функция обновления прошивки в работающем устройстве.
Область применения
Первые версии накопителей использовались преимущественно во флешках, смартфонах, планшетах и некоторых ноутбуках. Поскольку приедельные скорости превосходили жесткие диски, да и механических аналогов компактного размера в то время не существовало. По мере совершенствования HDD дисков и постепенного удешевления SSD, производители ноутбуков стали массово переходить на твердотельные накопители или более компактные версии с интерфейсом m.2.
В настоящее время eMMC память устанавливается в основном на платы смартфонов и планшетов. Причем чаще в модели до среднего ценового диапазона, поскольку флагманы и топы оснащаются преимущественно флеш памятью UFS, что пришла на смену eMMC. Главная причина перехода на UFS – увеличение пропускной способности, снижение задержек при обращении и почти двукратное снижение энергопотребления.
Встроенная память в смартфоне: eMMC, NVMe и UFS, особенности, различия
При выборе смартфона покупатель зачастую обращает внимание исключительно на количество встроенной памяти, даже не подозревая, что качество ее – тоже весьма важный критерий.
Если речь идет о флагманских моделях – это не критично: там она обязательно будет «самая-самая». А вот в нижней части среднего сегмента – есть о чем задуматься.
И здесь уже стоит понимать, что такое стандарты eMMC, UFS, и чем отличаются друг от друга.
Медленная, но дешевая
Стандарт памяти eMMC уходит корнями в девяностые годы. Именно в то время прочно забытая ныне в мире смартфонов Siemens предложила карты памяти MMC для разнообразных цифровых девайсов.
Со временем карта превратилась в чип, устанавливаемый на плату смартфона – именно их и стали называть eMMC. Что расшифровывается как Embedded Multimedia Card – интегрированная мультимедийная карта.
В настоящее время актуальна версия стандарта eMMC 5.1A, представленная в 2019 году.
Разумеется, уже не Siemens: сейчас правами на стандарт владеет международный комитет JEDEC.
Этот тип памяти характеризуется общим каналом обмена данных с шиной, из-за чего работает медленно. Максимальная скорость передачи данных у наиболее распространенной eMMC 5.1 составляет 600 Мбит/с.
Более старый eMMC 5.0, в котором этот параметр составляет 400 Мбит/с, в современных устройствах почти не встречается.
Чем же хорош данный тип памяти? Исключительно своей ценой.
Для бюджетных моделей альтернативы нет, если только они не построены на устаревшей платформе среднего класса. Но и тогда в них вряд ли кто-то станет устанавливать даже не самую свежую UFS.
Быстрая, но дорогая
Эта память способна одновременно осуществлять операции чтения и записи, поскольку для каждого типа используется собственная шина.
Первое поколение UFS уже неактуально, максимально, с чем можно столкнуться на рынке смартфонов – UFS 2.1, появившаяся еще в 2016 году.
Но даже она демонстрирует впечатляющую разницу по сравнению с самой современной eMMC 5.1: 1 200 Мбит/с, т.е., вдвое быстрее!
Если же говорить о последнем поколении UFS 3.1, то здесь преимущество еще более подавляющее: 2 900 Мбит/с.
Но одной скоростью плюсы стандарта не ограничиваются. Еще один важнейший для смартфонов аспект – энергопотребление, в угоду которому зачастую жертвуют прочими характеристиками. Оно у UFS тоже существенно ниже.
Как и в свое время Siemens, Samsung тоже использовала свой стандарт не только для мобильных устройств, но и для производства карт памяти на его основе. Они обладают возможностью бесшовной интеграции в накопитель устройства, что позволяет расширить его без потерь в скорости.
От чего зависит тип памяти?
Если не считать сугубо экономических причин, то ограничения накладывает чипсет. Бюджетные SoC в принципе не способны использовать никакие накопители, кроме eMMC.
Что же касается более дорогих, то в них, как правило, поддержка UFS имеется, но в среднем классе она может ограничиваться версией 2.1.
Это происходит из-за стремления чипмейкеров по минимуму плодить сущности, ограничиваясь в нефлагманских продуктах модернизацией моделей прошлого года. Такова, например, геймерская G-серия MediaTek или нижняя часть 700-й линейки Qualcomm.
По сути, это минимально модифицированные «переиздания», в которых поддержку более новых стандартов не стали добавлять за ненадобностью.
«Яблоки» особенные
Apple просто не могла не выпендриться выделиться. И вместо устаревшей eMMC в свои девайсы начала ставить адаптированную версию памяти NVMe, той самой, что используется в ноутбуках.
Лучше она или хуже UFS? Вопрос спорный. Дело в том, что тестов, которые одновременно бы давали представление о работе обоих стандартов, практически нет. «Или – или».
По некоторым данным, средняя скорость обмена данными у них примерно одинакова, однако по отдельным критериям сравнения (последовательное чтение/запись или случайная выборка), у каждого типа памяти есть свои сильные и слабые стороны.
Единственное, о чем можно сказать наверняка, так это о том, что мобильная версия NVMe проигрывает той, что ставится в лэптопы, в разы. Ничего не поделаешь: совершенно иные стандарты шин, которые перенести в смартфон без потерь просто невозможно.
В заключение
Как видите, если в выбранной модели смартфона установлена любая UFS память, это означает минимум вдвое более высокую скорость ее работы. Что это дает пользователю?
То же самое, что установка SSD вместо HDD: разница в работе операционной системы впечатляющая. Кто раз попробовал, тот по доброй воле на «винт» не вернется.
Напоследок стоит отметить, что даже самая древняя eMMC 4.5 по скорости обмена данными в полтора раза быстрее microSD карт.
Возможно, это одна из причин того, почему на флагманских смартфонах «зажимают» слоты под них.
