Vylepšení výkonu pro úložiště v mobilech: UFS 3.1 přináší SLC cache nebo obdobu HMB

0
UFS úložiště od Samsungu (ilustrační foto)

Jednočipovým SSD integrovaným v tabletech nebo mobilech se většinou moc nevěnuje pozornost. Standard UFS, na kterém jsou tato úložiště založená, nyní ovšem dostal novou verzi UFS 3.1, u kterého stojí za to se zastavit. Tento update jeho specifikace přinese některé novinky, které by mohly výkon úložiště v mobilech o dost zlepšit.

UFS 3.1 je evolučním vylepšením standardu UFS 3.0 – ten vyšel přesně před dvěma lety – změny jsou tedy dílčí a nemění se přímo fyzická komunikační vrstva. UFS 3.0 zvýšilo propustnost rozhraní na 23,2 Gb/s (s kódováním 8b/10b, takže data lze přenášet rychlostí až 2,32 GB/s), což zde zůstává.

SLC cache pro zápis součástí standardu UFS

Standard UFS 3.1 přidává podporu pro čtyři hlavní novinky. Nejdůležitější je asi funkce Write Booster, jejíž cílem je vylepšení rychlosti zápisu. Pod tímto označením se skrývá technika pseudoSLC cache, kterou už známe jako rutinní element velkých SSD pro PC a notebooky. V integrovaných úložištích eMMC a UFS ale používána nebyla. Nebo alespoň ne běžně – loni jsme tu měli UFS modul od WD, který SLC cache („iNAND SmartSLC“) používal. Tehdy to ale možná bylo nějaké nestandardní rozšíření (nebo technika transparentně používaná jen interně v rámci samotného čipu), kdežto teď už jde přímo o součást specifikací.

Write Booster spočívá v tom, že místo standardního zápisu pamětí NAND, tedy například TLC (kdy se ukládají do jedné buňky 3 bity), se určitá část paměti používá v režimu SLC, tedy se zapsáním jen 1 bitu. Tento druh zápisu je mnohem rychlejší a lze tak nárazově uložit data vyšší rychlostí, dokud se prostor určený pro tuto zapisovací cache nevyčerpá. Nevýhoda je, že se pak data musí smazat a znovu zapsat jinam v režimu TLC (pokud nebyla dočasná a mezitím nebyla zase smazána). Tento trik tedy zvýší výrazně propustnost zápisu do úložišť UFS 3.1, ovšem tato rychlost bude udržitelná jen chvíli. Po zaplnění bufferu používaného pro Write Booster klesne rychlost na nižší hodnoty dané rychlostí TLC zápisu.

Standard UFS 3.0 zvýší maximální přenosovou rychlost mobilních úložišť na dvojnásobek proti UFS 2.0/2.1
Standard UFS 3.0 zvýšil maximální přenosovou rychlost mobilních úložišť na dvojnásobek proti UFS 2.0/2.1. UFS 3.1 toto ponechává stejné, ale mělo by zlepšit výkon, který se s NAND dá dosáhnout v reálných situacích

Druhou novinkou je funkce DevSleep, což je úsporný stav šetřící energii v nečinnosti. Úložiště UFS už takové technologie měla dříve (jde ostatně o mobilní technologii), DevSleep je speciální v tom, že funguje u levnějších implementací, které používají regulaci napětí sdílenou s nějakými jinými komponentami. Tam zřejmě předchozí metody šetření energie selhávaly, kdežto DevSleep bude pomáhat i v takovýchto případech. Toto by tedy mělo pomoci s výdrží na baterie u levnějších zařízení.

Do třetice je pak do standardu zavedena funkce Performance Throttling Notification. Opět je již vysvětlena svým názvem. Spočívá v tom, že úložiště nyní bude moci informovat systém, v kterém je zapojené, o tom, že u něj nastal throttling kvůli přehřátí. Procesor/OS mobilu bude mít informaci o tom, zda se mu SSD přehřívá a bude moci upravit své chování, aby zamezil nepříjemnému poklesu výkonu. Například může pozastavit služby na pozadí přistupující na úložiště jako aktualizace či antivirové skeny, které by toto způsobovaly.

UFS 3.1 dostává volitelně obdobu technologie HMB

Čtvrtá novinka není čistě předmětem UFS 3.1, byla vyčleněna do samostatné specifikace, která bude pro zařízení UFS volitelná. Jde o zlepšovák pojmenovaný Host Performance Booster neboli HPB (standard JESD220-3). Jde o obdobu technologie Host Memory Buffer v SSD pro osobní počítače, tedy vyhrazení malé části operační paměti počítače/mobilu coby cache pro SSD. Do tohoto prostoru si SSD/úložiště UFS nahraje mapovací tabulky pro svou NAND, takže řadič je nemusí pokaždé hledat či aktualizovat v samotné NAND. Použití bufferu v hlavní paměti tak částečně smazává nevýhodu tzv. DRAMless SSD (postrádajících vlastní DRAM cache pro uložení těchto metadat). Výsledný výkon je někde mezi výkonem disku s DRAM a DRAMless řešení.

Technologie Host Memory Buffer u NVMe SSD
Technologie Host Memory Buffer (HMB) u NVMe SSD

Úložiště UFS kvůli své integrované povaze DRAM cache typicky nemají (tedy jestli se nepletu), takže HPB by u nich mělo být docela přínosný a mohl by vylepšit celkový I/O výkon mobilů. Ovšem jak už bylo řečeno, podpora HPB nebude automaticky přítomná ve všech úložištích UFS 3.1, bude se implementovat zvlášť a asi ji bude muset zároveň mít i použitý mobilní SoC.

Ve výsledku by díky těmto zlepšovákům měla úložiště UFS 3.1 dosahovat lepších výkonů – rychlejšího nárazového zápisu, lepší konzistence odezvy a obecně lepšího využití rozhraní, ačkoliv se samotná maximální teoretická kapacita přenosu od UFS 3.0 nezměnila.

UFS úložiště Samsung 512GB eUFS 3.0 (fotogalerie)

Vylepšení výkonu pro úložiště v mobilech: UFS 3.1 přináší SLC cache nebo obdobu HMB
Ohodnoťte tento článek!
5 (100%) 5 hlas/ů