NVMeとUFS3.1：スマートフォンのメモリタイプの戦い。解析

iPhoneは速いですか？はい！しかし、なぜ？



Appleは、デバイスの内部についてはあまり教えてくれません。まるで私たちからひどい秘密を隠しているかのように！



たとえば、iPhoneとAndroidがまったく異なるタイプのフラッシュメモリを使用していることをご存知ですか？iPhoneのNVMeとAndroidのUFS。





たぶんこれがAppleデバイスの速度の秘密ですか？今日は、フラッシュメモリがどのように機能するかを理解します。メモリ標準がどのように異なるかを調べますか？そして最も重要なのは、AndroidやiPhoneよりも速い人を比較してみましょう！そのような情報は他のどこにもありません。だから読んで最後まで見てください！

フラッシュメモリー

フラッシュドライブ、メモリカード、スマートフォン、SSDディスクでは、どこでも同じタイプのメモリを使用するという事実から始めましょう。フラッシュメモリです。これは、磁気ストレージメディア、つまりハードドライブに取って代わった最新のテクノロジーです。



Flashには多くの利点があります。それはエネルギー効率が良く、安価で、耐久性があり、めちゃくちゃコンパクトです。コインサイズのチップは、最大1テラバイトのデータに適合します。







写真の東芝チップのサイズは16x20mmですが



、どうやってこんなに大量の情報をこんなに小さなサイズで保存できるのでしょうか。

フラッシュメモリはどのように機能しますか？

フラッシュメモリがどのように機能するかを見てみましょう。



最新のフラッシュメモリの基本単位はCTFセルです。これは、Charge Trap Flashメモリセル、つまり、ChargeTrapを備えたメモリの略です。そして、これはある種の比喩的な罠ではなく、本物の罠です。







このセルは、電子を内部にロックして何年も保存することができます。映画「ゴーストバスターズ」の罠のように。したがって、SSDが何にも接続されておらず、ナイトスタンドに横たわっている場合でも、SSDはエネルギーに満ちていることを知っておく必要があります。



セル内の電荷の有無は、コンピューターによって0と1として解釈されます。一般的に、テクノロジーの世界のすべてのように。







そのようなセルはたくさんあり、それらは上下に並んでいます。したがって、このセルの配置は垂直NANDまたはVNANDと呼ばれます。それは非常に効率的で、非常に興味深い組織です。

多階建てのメモリ

少しアナロジー。メモリが、各アパートがメモリセルである巨大な多層住宅団地であると想像してください。



したがって、この住宅団地の1つの家には、常に6つの入り口があり、1つの入り口の各フロアに32のアパートがあります。メモリセル。そして、そのような家には136階もありますが、これが最も近代的な家である場合に限ります。このような6つの入り口がある家はメモリブロックと呼ばれます。







なぜ私はこれすべてですか？ NANDメモリは、特定のセル、ウェル、またはアパートに対してデータを単純に読み書きできないように構成されています。彼女はすぐに入り口全体を読んだり上書きしたりします！



そして、何かを削除する必要がある場合は、家全体、つまりメモリのブロックが一度に消去されます。同じアパートにカーペットを捨てることにしたとしても、それは問題ではありません。家全体が破壊されます！



したがって、何かを削除する前に、まずすべての情報を隣接するブロックにコピーする必要があります。



また、ディスクに残っているメモリが少なく、全体の30％未満の場合、そのようなディスクの速度は大幅に低下します。単にあなたが空きブロックコピースペースを探す必要があるからです。



したがって、電話またはSSDストレージの容量が70％を超えないようにしてください。そうでなければ、すべてが鈍くなるでしょう。



ちなみに、同じ理由で、情報の消去は読み書きよりもはるかに多くのエネルギーを消費します。したがって、バッテリーを節約したい場合は、ファイルの削除を減らしてください。



HDDであるハードドライブは別の問題であることを思い出させてください。情報は一度に1つのセルに読み取られます。ハードディスクが回転し、読み取りヘッドがディスクの表面全体を前後に移動します。また、ファイルがディスクの異なる端に保存されているフラグメントに分割されると、速度が低下します。したがって、デフラグメンテーションはHDDに役立ちます。

仕様とは何ですか？

しかし、フラッシュメモリに戻ります。当然、この複雑な構造全体を何らかの方法で管理する必要があるため、メモリを備えたチップ自体は役に立ちません。したがって、すべてを支配するテクノロジースタック全体があります。それらは標準または仕様と呼ばれます。



もう1回！



フラッシュメモリ、通常はNANDメモリを備えたチップがあります。データはそこに保存されます。



そして、仕様があります。これは、メモリとの相互作用を提供する、チップ、ソフトウェア、およびハードウェアに関する一連のテクノロジーです。スペックがスマートであるほど、メモリの動作が速くなります。



では、私たちのスマートフォンで使用されている仕様は何ですか？どれが最も賢いですか？それを理解しましょう。

eMMC

2007年の最初のiPhoneのリリースは、メモリカードの段階的廃止を促しました。モバイルデバイス用の低コストフラッシュメモリの新しい標準が必要です。これが、Embedded MultimediaCardまたはEmbeddedMultimediaCardの略であるeMMCの登場です。つまり、eSIM（Embedded SIM）と同じです。



eMMC標準は徐々に更新され、その速度は向上しています。また、eMMCは依然としてほとんどのスマートフォンで使用されていますが、この規格は明らかに速度記録保持者ではなく、SSDドライブよりもはるかに遅れています。

UFS

その後、2014年に、ユニバーサルフラッシュストレージまたはUFSという控えめな名前の新しい標準が登場しました。新しい標準は、eMMCよりもあらゆる点で優れていました。







まず、UFSにはシリアルインターフェイスがあります。これは、書き込みと読み取りを同時に実行できることを意味します。eMMCは1つのことしかできませんでした。したがって、UFSの方が高速です。







第二に、アイドル時のエネルギー効率は2倍です。



RAMがいっぱいの場合、スワップファイルでより適切に機能します。それでも、内部ストレージにシームレスに統合できるUFSメモリカードがあります。本格的なモジュラーメモリーです！



ちなみに、このため、電話eUFSの内部メモリを呼び出す方が正しいです。埋め込まれている、覚えています。







UFSは2015年にバージョン2.0ですぐにリリースされ、この標準を備えた最初の電話はSamsung GalaxyS6でした。サムスンはメモリ速度を非常に誇りに思っていたため、GalaxyS6からmicroSDスロットを捨てました。フラッシュメモリ標準の運命は当然の結論であるように思われます-ここで彼は新しい王です。世界の新しいUSBフラッシュドライブ。



でもいきなりiPhone6sが出てきて見えます！











何？これはどのように可能ですか？これらのiPhoneのメモリはどのような奇跡ですか？Appleは独自の道を進んだようです。eMMCおよびUFS標準がある種の子供のメモリカードの継承者である場合、iPhoneのメモリはアダルトSSDドライブの直接の継承者です。iPhoneはNVMeメモリ仕様を使用しているためです。同じメモリがコンピュータとラップトップで使用されます。

NVMe

NVMeという名前を解読するのは非常に困難です-NVMExpress（NVMe、NVMHCI-英語の非揮発性メモリホストコントローラーインターフェイス仕様から）。



しかし、タイトルのキーワードはExpressです！どうして？



NVMe仕様は、PCI Express NANDSSD用に特別に設計されました。



NVMeは、SSDを効率的に操作するための新しい方法としてゼロから構築されました。彼らはそこから不要なものをすべて取り除き、スピードに焦点を合わせました。



したがって、テクノロジースタックが短いため、NVMeは、ランダムな書き込みおよび読み取りブロックの他の標準よりも大きな利点があります。







どういう意味ですか？



このプロパティは、小さな4KBファイルの束を絶えず読み取って生成するオペレーティングシステムで特に役立ちます。NVMeのランダムな読み取りと書き込みが、iPhoneを非常に高速にします。



しかし、当然のことながら、AppleはSSD全体をスマートフォンに詰め込むことはできませんでした。彼らはNVMeプロトコルを変更し、独自のカスタムPCI-Eコントローラーを開発しました。



したがって、iPhoneにあるのは絶対にユニークなソリューションであり、かつては革命的でした。そして、彼らはそれについて何も言わなかった！Appleがいつもそうしているように。



MacBookでも同じ話です。AppleはHDDを捨てた最初の人でした。そして、彼らは常にラップトップに最速のメモリを置きます。これが主に、弱いハードウェアでも、MacがWindowsラップトップよりも速く感じる理由です。

テスト

しかし、スマートフォンに戻りましょう。AndroidはUFSメモリを使用し、iPhoneはNVMeを使用していることがわかりました。しかし、問題は、どのメモリが実際に高速であるかを判断するのが難しいことです。



Micronとのクールな比較だとだけ言っておきましょう。カスタムAndroidデバイスに基づいて、NVMeとUFS 2.1を比較し、あらゆる点でNVMeの利点を活用しました。これらのもののように：

• 順次書き込み> 28％
• シーケンシャル読み取り>シーケンシャル読み取りで15％高速。
• IOPS（ランダムな書き込みと読み取り）> 30％

CPDTベンチマーク

しかし、誰が気にしますか？現在、UFS 3.0がある場所はたくさんあり、Redmi K30Proには一般的にUFS3.1があります。



UFS 3.1は、さまざまな指標でUFS2.0よりも最大8倍高速です。比較するものは次のとおりです。

UFS2.0とUFS3.1

• シーケンシャル読み取り-6X
• シーケンシャル書き込み-8X
• ランダム読み取り-5.3X
• ランダム書き込み-5X

つまり、iPhoneとAndroidに同じテストをダウンロードするだけで、完了です。チャンピオンが誰であるかを調べます。何を知っていますか？そのようなテストはありません！私たちを信じて、私たちは探していました。理解できない方法論（PerfomanceTest）を使用した物議を醸すテストがありますが、まともなものは何もありません。



を除いて...この素晴らしいテスト：クロスプラットフォームディスクテスト。すべてのプラットフォームで動作し、テスト方法が詳細に説明されています。また、一部のiPhoneのテスト結果もあります。







しかし、運が悪かったので、iOSバージョンのアプリはリリースされませんでした。



しかし、私たちは絶望しませんでした！結局のところ、開発者の名前はマキシムで、彼はミンスク出身です。そのため、私たちは彼に連絡し、Maxは親切にもiOS用のアプリケーションの開発者バージョンを提供してくれました。



したがって、今日、私たちはおそらくメモリがどこで速いかを見つけるでしょう：最新のiPhoneまたは最もクールなAndroidスマートフォンでは：

• iPhone 11 Pro-NVMe
• Oneplus 8 Pro-UFS 3.0
• Redmi K 30 Pro-UFS 3.1
• およびMacbookPro 16-NVMe

その結果、友情が勝ち、シーケンシャルレコーディングでは、すべてがAppleと非常に良いように見えますが、任意のものでは、Androidスマートフォンに完全に統合されます。コピーの場合-結果の文字通りの同等性。UFS3.1を搭載したPocoF2 Proは、テストではまったく表示されず、Sony Xperia 1IIとOnePlus8Proの両方に負けたことに注意してください。おそらくこれが解決するだけではありません！しかし、ラップトップの「大人の」NVMeと比較すると、モバイルNVMeは3〜4倍遅く、これは確かに勇気づけられません。一方、これはスマートフォンに成長の余地があることを意味します！







もう一度、マキシムの助けと指示に感謝します！テストは簡単ではないことを忘れないでください。クラッシュした場合でも、誓わないでください。