SSD，eMMC，UFS的区别

Posted 2023-01-07

首先，这三种技术都是属于闪存（Flash Memory）的不同种类，区别主要在于控制器，接口标准以及更底层的 Flash 芯片标准。它们在电脑/手机等系统中的主要作用是作为存储设备（storage）/文件系统。（注意它们虽然也叫memory，但和运存的 memory是完全两回事儿）

以前电脑系统中的主要的存储设备是机械式磁盘，访问速度慢，体积庞大，功耗高，而且对震动非常敏感，因此很难用于小型化的移动设备里。Flash Memory 出现后，由于没有移动部件，几乎完美解决了以上机械硬盘的各种问题，因此很快在各种移动设备中获得广泛应用。（当然，Flash的写操作和寿命的问题也比较复杂，但这不是本文的讨论重点） 而且基于Flash 的 SSD 硬盘性能普遍好于传统机械硬盘，因此也成为了PC/服务器的主流存储设备。

那么既然 SSD，eMMC，UFS 都是 Flash，它们的区别在哪呢？

想要了解它们的区别，首先要了解他们解决的问题。

SSD 主要作用是取代 PC/服务器 上的 HDD 硬盘，它需要：

• 超大容量（百GB~TB级别）
• 极高的并行性以提高性能
• 对功耗，体积等要求并不敏感
• 兼容已有接口技术 （SATA，PCI等）

而 eMMC 和 UFS主要都是针对移动设备发明的，它们需要：

• 适当的容量
• 适当的性能
• 对功耗 ，体积的要求极其敏感
• 仅需遵循一定的接口标准 （稍后解释）

为了直观感受一下区别，我刚才特意找来了一个 PCIe 的 SSD，如下图，上面黑色的芯片就是Flash：

我又拆了一个手机，它里面的 Flash 芯片是这样的（中间那个最大的黑色芯片）：

看到区别了吗？ 

一个SSD，为了达到高并行高性能的要求，有多个Flash 芯片，这样就可以在每个芯片上进行相互独立的读写操作，以并行性来提高硬盘吞吐量，还可以增加冗余备份。而手机中为了节省空间和功耗，通常只有一片密度较高的 Flash 芯片。

管理一个 Flash 芯片，和管理多个 Flash 芯片，策略肯定是不一样的，因此它们的控制器 （controller）就完全不同了。而且 PC 上需要兼容 SATA 或 PCIe 或 m2 接口，这样你电脑硬盘坏了的时候，可以拔下来换上另一块同样接口的硬盘能照样用。而手机上的 Flash 芯片大多是直接焊在主板上的，基本上不需要考虑更换的问题，所以只要遵从一个特定标准，能和CPU正常通讯就好了。因此接口的不同也是 SSD 和 eMMC，UFS 的重要区别之一。

好了，SSD 和 （eMMC， UFS）的区别说完了，下面说一下可能很多人会关心的 eMMC 和 UFS 的区别了。

eMMC 和 UFS 都是面向移动端 Flash 的标准，区别在于，二者的接口技术大相径庭。

eMMC 是一个起源较早的技术，全称叫 embedded MultiMedia Card，为什么单单e是小写呢？ 因为先有的MMC啊。所谓MMC，大家可能没听过但可能见过，相机中用得较多，和SD卡长得很像（之前的图片就搞错了，感谢评论中各位的提醒）。

MMC前面加了个embedded，主要就是为了突出现在这个设备是embedded 在电路板上。eMMC 和 MMC一样，沿用了 8 bit 的并行接口。在传输速率不高的时代，这个接口够用了。但随着设备对接口的带宽要求越来越高，想把并行接口速率提高也越来越难。eMMC 的最新 5.1标准理论最高值最高可以达到400 MB/s，再往上提高频率也不是不行，但就未必划算了。

好在这几年接口串行化大潮轰轰烈烈。所谓接口串行化，简单来说就是工程师们发现：与其用一个比较宽的并行接口以较低的速率传输，用一个串行接口用非常高的速率传输似乎更划算一些（带宽，功率，成本各方面综合考虑）。所以这个时候 UFS 应运而生，用高速串行接口取代了并行接口，而且还是全双工的，也就是可以读写同时进行。所以相比 eMMC， UFS的理论性能提高不少，甚至可以达到一些SSD的水准。可以在下图直观感受一下，蓝色的是UFS，红色的是eMMC，当然是越高越好：

（图片引自[1] Micron 的文档)

最后，大家可能比较关心的一个问题：我设计好了一个使用UFS的系统，然后悲伤地发现没有UFS可以用了，那能不能直接换成eMMC呢？

答案是不行的，因为 UFS 和 eMMC 接口完全不兼容，控制器也不可通用。下面两个示意图分别是eMMC和UFS的接口（图片引自[2][3] JEDEC标准）。

即使是示意图，也能看出两者的明显差别。eMMC有两条总线，分别传输指令数据输入和输出，而且因为是并行总线还要有额外的data strobe。而UFS则是有两条差分的数据lane，指令和数据都是以packet的形式发送的。就更不要提二者的信号线的电气特性也有很大差别了。这些将直接导致控制侧（CPU那边）SoC 的控制器和电路设计会有很大不同。

所以一个系统的SoC以及电路板一定要经过重新设计，才能把 UFS 替换成 eMMC，这不是在生产线上换个 Flash 芯片那么简单的事儿，还得经过比较长时间的设计和测试才行。否则想要快速拿出替代方案的话，恐怕从一开始就要设计兼容两套方案了，嗯。

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评论中有很多业内人士的讨论，我们大概可以得到以下新的结论：

一款SoC可以设计为兼容两种标准的。

相应地，电路板也可以用一套方案兼容两种标准，或者即使用两种不同方案，但成本都不高。

两套方案的软件驱动也不一样。