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定義
UFS（即通用快閃儲存）是一種非揮發性記憶體 ，常見於智慧型手機和平板電腦等行動裝置，以及數位相機和其他電子裝置中。
UFS（快閃記憶體 ）規格獲得了諾基亞、索尼愛立信、德州儀器、意法半導體、三星、美光及SK海力士等消費性電子公司支持。UFS被定位為 eMMC 和 SD 卡的替代方案。 UFS 的電氣介面採用 MIPI 聯盟的 M-PHY 高速序列介面，目標每通道 23.32 Gps 及每通道 2.9 GBs，此為最新版本（UFS 4.0，於 2022 年 8 月發布）。 UFS 採用全雙工串列 LVDS 介面，相較於 eMMC 的 8 通道並行與半雙工介面，在擴展至更高頻寬時具有更佳的擴展性。與 eMMC 不同，UFS 基於 SCSI 架構模型，並支援 SCSI 標記指令佇列（SCSI Tagged Command Queuing）。該標準由 JEDEC 固態技術協會制定並提供。
UFS 亦支援多重佇列、指令重新排序及電源閘控等功能，這些功能有助於提升效能與電源效率。目前共有數個不同版本，例如 UFS 2.0、UFS 2.1、UFS 3.0、UFS 3.1 及 UFS 4.0。
| UFS 版本 | 發行日期 | 每條車道的最高時速 | 最大總吞吐量 |
| UFS 2.0 | 2013 | 約 5.8 Gbps | 約 1.2 GB/s |
| UFS 2.1 | 2016 | 約 5.8 Gbps | 約 1.2 GB/s |
| UFS 3.0 | 2018 | 約 11.6 Gbps | 約 2.9 GB/s |
| UFS 3.1 | 2020 | 約 11.6 Gbps | 約 2.9 GB/s |
| UFS 4.0 | 2022 | 23.32 Gbps | 每雙通道 5.8 GB/s |
UFS 是如何運作的？
通用快閃儲存（UFS）是透過結合硬體與軟體，在非揮發性快閃記憶體 晶片上儲存及讀取資料。以下簡要概述 UFS 的運作原理：
UFS 採用分層架構，由 UFS 主機／裝置控制器層、傳輸層（UniPro）以及物理層（MIPI M-PHY）組成。 主機介面層是主機（例如智慧型手機）與 UFS 儲存裝置之間的介面。UFS 亦依主機與裝置進行區分：主機負責處理從應用處理器傳輸至作為儲存 IC 的裝置之資料，而裝置則負責管理快閃記憶體 晶片及其他硬體元件。一套指令佇列系統負責管理主機與裝置之間的資料傳輸。此種設計使裝置能夠同時處理多項讀取與寫入請求，從而提升效能。
UFS 採用先進的電源管理技術來降低功耗。例如，此類記憶體支援一項稱為「電源閘控」的功能，可將未使用中的元件關閉以節省電力。
基於安全性考量，UFS 需要對有效載荷進行加密／解密。當 UFS 裝置設定為寫入保護時，會禁止寫入其儲存位置，但對讀取則無此限制。為解決此問題，UFS 控制器會在寫入時對資料進行加密，並在讀取時對資料進行解密。 支援多種加密演算法：AES-XTS、BitLocker-AES-CBC、AES-ECB 以及 ESSIV-AES-CBC，並提供 128、192 和 256 位元等不同 AES 金鑰長度。金鑰長度越高，安全性等級越高。
UFS 的優勢
以下是將 UFS（通用快閃儲存）用作智慧型手機、平板電腦及其他行動裝置等電子設備的儲存解決方案時，所具備的幾項優勢：
- 更快的数据传输速度：UFS4.0 透過搭配 MIPI UniPro v2.0，利用兩條可用的 MIPI M-PHY Gear5 傳輸線，可達到約 46 Gbps 的最高數據傳輸速率。
- 效能提升：UFS 旨在透過將延遲降至最低，並在 UFS 4.0 規格下將每雙通道的資料傳輸速度提升至 5.8GBs，從而提升裝置的整體效能。此外，它還支援命令佇列與電源閘控等進階功能，可進一步提升效能並降低功耗。
- 更佳的電源效率：UFS支援先進的電源管理技術（例如電源閘控），以將功耗降至最低。透過採用 M-PHY 休眠模式，不僅能實現最低的 M-PHY 功耗，還能將 HS-burst 恢復時間縮短至微秒級。 另一方面，採用滯留電源模式雖能大幅縮短恢復至 HS-burst 運作的時間，但節電效果較低。這些選項為 SoC 提供了靈活性，使其能根據資料流量特徵採用最佳實踐方案，並有助於延長行動裝置的電池使用時間，以及降低其他電子產品的功耗。
- 更大的儲存容量：UFS 能支援高達 1TB 的儲存容量，比其他儲存解決方案（例如 256GB 的 eMMC）更高。這意味著 UFS 能為作業系統、應用程式及資料提供更多的儲存空間。
- 安全與防護並重：身為eMMC 與 UFS兩大標準制定機構的 JEDEC，已導入內聯加密（IE）與重播防護記憶體區塊（RPMB）功能，以保障資料機密性，並防止 UFS 規格固有的竊聽及中間人攻擊。該組織提出強健的加密機制，以實現跨主機與裝置組合的標準化。
| 效益 | 詳情 |
| 更快的数据傳輸 | UFS 4.0 透過雙 MIPI M-PHY Gear5 通道，最高可支援 46 Gbps（每雙通道 5.8 GB/s） |
| 效能提升 | 較低延遲、多重佇列、指令重新排序、電源閘控 |
| 能源效率 | 電源關斷、休眠模式、停滯模式、自適應省電功能 |
| 更大的儲存容量 | 最高可達 1TB；高於 eMMC（最大 256GB） |
| 強化安全性 | 內嵌加密（AES 變體）、RPMB 以及防範 MITM 攻擊 |
UFS 應用案例
總體而言，UFS 是一項多功能技術，可應用於許多需要高速、大容量儲存、低延遲及低功耗的場景。UFS 的一些常見應用案例包括：
- 智慧型手機與平板電腦：由於UFS具備高速與高可靠性，因此常被用於智慧型手機和高階平板電腦的儲存裝置。透過 UFS，行動裝置能提供更快的應用程式載入速度、更迅速的資料存取、更快的效能提升，以及更佳的整體表現。
- 數位相機與數位攝影機：UFS常被應用於數位相機和數位攝影機中，用於儲存高解析度的照片和影片。UFS 的高速寫入能力可讓大型檔案儲存得更快，而其高速讀取能力則能讓檔案更迅速地傳輸至電腦。
- 汽車產業：UFS正日益廣泛應用於汽車領域，例如資訊娛樂系統、先進駕駛輔助系統（ADAS）以及導航系統。UFS 能實現快速開機與資料存取，這兩者對於汽車產業的即時應用至關重要。 使 UFS 成為汽車應用理想選擇的一項重要特點，在於其可靠性。UFS 允許儲存裝置在溫度發生大幅波動時通知主機，從而降低儲存裝置整體的磨損風險。當儲存裝置顯示溫度異常時，主機可降低運作速度或採取措施來降低裝置溫度。
- 虛擬實境（VR）與擴增實境（AR）：UFS 非常適合用於 VR 和 AR 裝置，這些裝置需要具備高速且低延遲的儲存方案，以提供沉浸式的體驗。透過 UFS 4.0，這些裝置能以每雙通道 5.8GBs 的速度快速載入並處理大量資料，從而帶來更流暢且反應更靈敏的使用體驗。
- 穿戴式裝置：UFS亦廣泛應用於智慧手錶和健身追蹤器等穿戴式裝置中，這些裝置的空間極為有限，且必須具備高速、低功耗的儲存功能。穿戴式裝置能提供更長的電池續航力，特別是當啟用 UFS 休眠模式時。
- 硬碟 (HDD)：HDD 的儲存架構結合了傳統旋轉磁碟與 OptiNAND 技術。該硬碟內建 iNAND UFS 嵌入式快閃記憶體，並搭配專有韌體與系統單晶片 (SoC) 的改進，旨在滿足企業客戶的儲存需求。
| 用例 | 應用／效益 |
| 智慧型手機／平板電腦 | 應用程式載入更快、效能更佳、資料存取更迅速 |
| 數位相機／數位攝影機 | 大檔案寫入速度快，可快速傳輸至電腦 |
| 汽車系統 | 快速開機時間、即時資料存取，以及確保可靠性的溫度警示 |
| VR/AR 裝置 | 專為沉浸式體驗設計的高速、低延遲儲存方案 |
| 穿戴式裝置 | 節能、體積小巧、電池續航力長，並具備休眠模式 |
| 搭載 OptiNAND 的 HDD | 結合 UFS 與傳統 HDD，實現企業級儲存效率 |
UFS 與 新思科技
新思科技 提供業界領先且經矽片驗證的 UFS 子系統設計 IP 及通訊協定驗證解決方案。 新思科技 適用於UFS 主機控制器、UniPro 控制器以及 M-PHY Gear4 和 Gear5 速率的 IP，皆支援最新的 UFS 4.0 規格。這些控制器不僅能實現高速資料傳輸與低功耗，更支援佇列管理、電源管理及虛擬化等進階功能。 新思科技 協同市場領導者共同開發的協定驗證解決方案，包含驗證 IP 、交易器、速度適配器，以及用於模擬與仿真的虛擬解決方案，這些方案用於驗證經矽片驗證的 新思科技 IP。
- 新思科技 通用快閃儲存（UFS）主機控制器 IP是一款基於標準的序列介面引擎，用於實作符合 JEDEC UFS 及 UFS 主機控制器介面（UFSHCI）標準，以及 UFS 可移除式卡片 v1.1 與統一記憶體擴充（UME）標準的 JEDEC UFS 介面。該 新思科技 UFS 主機控制器 IP 是一種高效能、低功耗的介面，主要應用於將資料儲存於嵌入式或可移除式非揮發性大容量儲存裝置的場景。此 UFS 主機控制器 IP 將 UFS 主機控制器應用層與預先配置的 新思科技 MIPI® UniPro 協定堆疊，該協定堆疊已針對 UFS 主機應用進行了優化。
- 這款經矽片驗證的新思科技 MIPI M-PHY IP，符合最新的 MIPI M-PHY v5.0 規格，每通道傳輸速率最高可達 23.32 Gbps。該 IP 針對廣泛的高速介面進行了優化，適用於包括 JEDEC 通用快閃儲存 (UFS) 及 UniPro 介面在內的各種應用，這些介面在行動裝置與汽車應用中被廣泛採用。
- 新思科技 此外，還提供符合汽車級標準的 UFS 控制器和 MIPI M-PHY，這些元件已通過 AECQ-100 認證，工作溫度範圍為 –40 °C 至 125 °C（1 級），並達到 ASIL-B 功能安全等級。
- 新思科技 驗證 IP UFS4 解決方案涵蓋最新的協定規格：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 UFS 主機與裝置的測試套件 原始碼，有助於達成協定合規性並縮短驗證時間。透過 新思科技 ZeBu® 仿真與 新思科技 HAPS® 平台提供的在線與虛擬解決方案，可執行真實世界的應用程式有效載荷，以進行應用層功能與效能驗證。
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