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定义
UFS（即通用闪存，Universal Flash Storage）是一种非易失性存储器 ，常用于智能手机和平板电脑等移动设备 设备，以及数码相机和其他电子设备中。
UFS闪存规范得到了诺基亚、索尼爱立信、德州仪器、意法半导体、三星 、美光和SK海力士等消费电子公司的支持。UFS被定位为eMMC和SD卡的替代品。 UFS 的电气接口采用 MIPI 联盟的 M-PHY 高速串行接口，目标速率为每通道 23.32Gps，数据速率为每通道 2.9GBs，这是该接口的最新版本（UFS4.0，发布于 2022 年 8 月）。 UFS 实现了全双工串行 LVDS 接口，与 eMMC 的 8 通道并行半双工接口相比，在扩展至更高带宽方面具有更好的可扩展性。与 eMMC 不同，UFS 基于 SCSI 架构模型，并支持 SCSI 标记命令队列（SCSI Tagged Command Queuing）。《UFS 规范》（标准 ）由 JEDEC 固态技术协会开发并发布。
UFS 还支持多队列、命令重新排序和电源关断等功能，这些功能有助于提升性能和能效。目前，UFS 已有多个不同版本，例如 UFS2.0、UFS2.1、UFS3.0、UFS3.1 和 UFS 4.0。
| UFS 版本 | 发行日期 | 每条车道的最高时速 | 最大总数吞吐量 |
| UFS 2.0 | 2013 | ~5.8 Gbps | ~1.2 GB/s |
| UFS 2.1 | 2016 | ~5.8 Gbps | ~1.2 GB/s |
| UFS 3.0 | 2018 | ~11.6 Gbps | ~2.9 GB/s |
| UFS 3.1 | 2020 | ~11.6 Gbps | ~2.9 GB/s |
| UFS 4.0 | 2022 | 23.32 Gbps | 每条双通道 5.8 GB/s |
UFS 是如何工作的？
通用闪存（UFS）通过结合硬件和软件，在非易失性闪存芯片上存储和检索数据。以下是关于 UFS 工作原理的简要说明概览 ：
UFS采用分层架构，由UFS主机/设备控制器层、传输层（UniPro）和物理层（MIPI M-PHY）组成。 主机接口层是主机（例如智能手机）与 UFS 存储设备之间的接口。UFS 还按主机和设备进行划分：主机负责处理从应用处理器到作为存储 IC 的设备之间的数据传输，而设备则负责管理闪存芯片和其他硬件组件。一个命令队列系统负责管理主机与设备之间的数据传输。这种方法使设备能够同时处理多个读写请求，从而提升性能。
UFS 采用先进的电源管理技术来降低功耗。例如，该存储器类型支持一项名为“电源关断”的功能，该功能可关闭未使用的组件以节省功耗。
出于安全 的原因，UFS需要对有效载荷进行加密/解密。当UFS设备配置为写保护模式时，禁止向其存储位置写入数据，但读取操作则不受此限制。为解决这一问题，UFS控制器会在写入时对数据进行加密，并在读取时对数据进行解密。 支持多种加密算法：AES-XTS、BitLocker-AES-CBC、AES-ECB 和 ESSIV-AES-CBC，其 AES 密钥长度分别为 128、192 和 256 位。密钥长度越大，安全 级别越高。
UFS的优势
以下是将UFS（通用闪存）用作电子设备（如智能手机、平板电脑及其他移动设备 设备）的存储解决方案所带来的几项优势：
- 更快的数据传输速度：UFS4.0 通过利用 MIPI UniPro v2.0 标准下的两条可用 MIPI M-PHY Gear5 传输通道，可实现约 46 Gbps 的最高数据传输速率。
- 性能提升：UFS旨在通过将延迟降至最低，并在UFS 4.0标准下将每双通道的数据传输速度提升至5.8GBs，从而提升设备的整体性能。它还支持命令队列和电源关断等高级功能，这些功能可进一步提升性能并降低功耗。
- 更高的能效：UFS支持先进的电源管理技术（如电源关断），以最大限度地降低功耗。利用 M-PHY 休眠模式可实现最低的 M-PHY 功耗，同时保持微秒级的高速突发恢复时间。 另一方面，采用阻塞功耗模式虽然能实现更快的 HS-burst 操作恢复时间，但节电效果较弱。这些选项为 SoC 提供了灵活性，使其能够根据数据流量特征采用最佳实践，并有助于延长移动设备 设备的电池寿命，同时降低其他电子设备的功耗。
- 更大的存储容量：与其他存储解决方案（例如容量为256GB的eMMC）相比，UFS可支持高达1TB的存储容量。这意味着UFS能够为操作系统、应用软件和数据提供更大的存储空间。
- 安全 的安全性： 作为eMMC和UFS两项标准的制定机构，JEDEC已引入对内联加密（IE）和重放保护内存块（RPMB）的支持，以保护数据机密性，并防范UFS规范固有的窃听和中间人攻击。该标准提出了强大的加密机制，以实现不同主机与设备组合间的标准化。
| 优势 | 详情 |
| 更快的数据传输 | UFS 4.0 通过双 MIPI M-PHY Gear5 通道（每双通道 5.8 GB/s）支持最高 46 Gbps 的传输速率 |
| 性能提升 | 更低的延迟、多队列、命令重新排序、电源关断 |
| 功率效率 | 电源关断、休眠模式、停滞模式、自适应省电 |
| 更大的存储容量 | 最高可达1TB；高于eMMC（最大256GB） |
| 增强版安全 | 内联加密（AES变体）、RPMB 以及防范中间人（MITM）攻击 |
UFS用例
总体而言，UFS 是一项用途广泛的技术，可用于许多需要高速、大容量存储、低延迟和低功耗的应用场景。UFS 的一些常见用例 包括：
- 智能手机和平板电脑：由于UFS具有高速和可靠的特点，因此常被用于智能手机和高端平板电脑的存储。借助UFS，移动设备 设备能够实现更快的应用加载速度、更快捷的数据访问、更迅速的性能提升以及更出色的整体性能。
- 数码相机和摄像机：UFS常用于数码相机和摄像机中，用于存储高分辨率的照片和视频。UFS 的高写入速度可加快大文件的保存速度，而高读取速度则能更快地将文件传输到计算机上。
- 汽车领域：UFS正越来越多地应用于汽车领域，例如车载信息娱乐系统、高级驱动程序 辅助系统（ADAS ）以及导航系统。UFS能够实现快速启动和快速数据访问，这两点对于汽车行业的实时应用都至关重要。 UFS 之所以非常适合汽车应用，其关键优势在于可靠性。UFS 允许存储设备向主机报告大幅温度波动，从而降低了存储设备整体的磨损风险。当存储设备指示温度达到警戒值时，主机可以降低运行速度或采取措施降低设备温度。
- 虚拟现实（VR）和增强现实（增强现实(AR) ）：UFS是VR和增强现实(AR) 设备的理想选择，这些设备需要高速、低延迟的存储来提供沉浸式体验。借助UFS 4.0，这些设备能够以每双通道5.8GBs的速度快速加载和处理海量数据，从而带来更流畅、响应更敏捷的体验 体验。
- 可穿戴设备：UFS还被应用于智能手表和健身追踪器等可穿戴设备中，这些设备对空间要求极高，且必须具备高速、低功耗的存储功能。可穿戴设备能够提供更长的电池续航时间，尤其是启用 UFS 休眠模式时。
- 硬盘驱动器（HDD）：HDD的存储架构将传统的旋转磁盘与OptiNAND技术相结合。该驱动器内置了一个iNAND UFS嵌入式闪存驱动器，配合专有固件和SoC的改进，旨在满足企业客户的存储需求。
| 用例 | 应用 / 优势 |
| 智能手机/平板电脑 | 应用加载更快、性能更佳、数据访问更快捷 |
| 数码相机 / 数码摄像机 | 大文件写入速度快，可快速传输至电脑 |
| 汽车系统 | 快速启动、实时数据访问、温度警报，确保可靠性 |
| VR/增强现实(AR) 设备 | 用于沉浸式体验的高速、低延迟存储 |
| 可穿戴设备 | 节能、存储空间小、电池续航时间长，并支持休眠模式 |
| 配备OptiNAND的硬盘 | 将UFS与传统硬盘相结合，实现企业级存储效率 |
UFS 和 新思科技
新思科技 提供业界经过硅验证的领先的 UFS子系统设计IP以及协议 验证解决方案。 新思科技 针对UFS 主机控制器、UniPro 控制器以及 M-PHY Gear4 和 Gear5 速率的 IP 均支持最新的 UFS 4.0 规范。这些控制器可实现高速数据传输、低功耗，并支持队列管理、电源管理和虚拟化等高级功能。 新思科技 协议 验证解决方案包括验证IP、事务器、速率适配器以及用于仿真和硬件加速 的虚拟解决方案，这些解决方案是与市场领导者合作开发的，用于验证经过硅验证的 新思科技 IP。
- 新思科技 通用闪存（UFS）主机控制器 IP是一款基于标准 的串行接口引擎，用于在符合性 中实现符合JEDEC UFS和UFS主机控制器接口（UFSHCI）标准，以及UFS可移除卡v1.1和统一内存扩展（UME）标准的JEDEC UFS接口。该 新思科技 UFS主机控制器 IP 是一种高性能、低功耗的接口，主要应用于将数据存储在嵌入式或可移除的非易失性大容量存储设备中的场景。UFS主机控制器 IP 将 UFS 主机控制器应用层与预配置的 新思科技 MIPI® UniPro协议 协议栈，该协议栈针对 UFS 主机应用进行了优化。
- 新思科技 的MIPI M-PHY IP已通过硅片验证，符合最新的MIPI M-PHY v5.0规范，每通道传输速率最高可达23.32 Gbps。该IP针对广泛的高速接口进行了优化，适用于包括JEDEC通用闪存（UFS）和UniPro接口在内的多种应用，这些接口在移动设备 和汽车应用中得到广泛应用。
- 新思科技 此外，还提供汽车级UFS控制器和MIPI M-PHY，这些产品已通过AECQ-100认证，工作温度范围为–40 °C至125 °C（1级），并达到ASIL-B功能安全等级。
- 新思科技 UFS4验证IP涵盖了最新的协议 规范：JEDEC UFS 4.0、UFS 2.1、HCI 4.0、UME 1.1、UMEHCI 1.1、MIPI UniPro 2.0、MIPI M-PHY 5.0等。即用型 针对UFS主机和设备的源代码测试套件有助于实现协议 符合性 ，并缩短验证周期。 基于 新思科技 ZeBu® 硬件加速 和 新思科技 HAPS® 平台上的在线和虚拟解决方案是业界最快的，能够运行真实世界的应用程序有效载荷，以进行应用层功能和性能验证。
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