Kaj je univerzalni bliskovni pomnilnik (UFS)?

Zmogljivost pametnega telefona običajno ocenimo na podlagi zmogljivosti procesorja in kapacitete sistemskega pomnilnika (RAM). Vlogo igra tudi operacijski sistem oziroma njegova optimizacija. Premalo pa se govori o shranjevalnih pogonih, pri katerih je največkrat v ospredju njihova kapaciteta. Razlog je zelo preprost. Ker je kapaciteta numerična, jo je lažje primerjati s kapacitetami drugih telefonov. Na primer, iPhone 13 ima na voljo do 1 TB prostora (odvisno od različice), Samsung Galaxy S22 (ne velja za S22 Ultra) pa samo do 256 GB. Na podlagi teh parametrov lahko oboževalci lažje primerjajo svoje najljubše telefone. Saj veste, tako kot smo se v otroštvu igrali s kartami avtomobilov in primerjali, kateri ima V8 in kateri V12 motor.

Te številke pa ne igrajo vloge pri zmogljivosti telefona. Podobno velja tudi za kamere, kjer večji senzorji ne pomenijo avtomatsko boljše fotografije. Če kapaciteta pogona ne igra pomembne vloge pri zmogljivosti telefona, na kaj bi potem morali biti pozorni, ko je govora o zmogljivosti telefona? Odgovor je na hitrost shranjevanja in zapisovanja, na kar neposredno vpliva univerzalni bliskovni pomnilnik (angl. Universal Flash Storage) oziroma UFS.

Najnovejša različica je trenutno UFS 3.1, Samsung pa je pred kratkim napovedal UFS 4.0. Čeprav slednji ne dobiva veliko medijske pozornosti, je oziroma bo poskrbel za velik premik na področju potrošniške elektronike. V nadaljevanju boste izvedeli, kaj sploh je UFS, kaj lahko pričakujemo od najnovejšega standarda UFS 4.0 in kdaj bi ga lahko videli v telefonih in tablicah.

Kaj je UFS pomnilnik?

Starejše Android naprave so uporabljale bliskovni pomnilnik na osnovi eMMC (angl. embedded MultiMediaCard), bistveno počasnejšo tehnologijo shranjevanja od modernega univerzalnega bliskovnega pomnilnika. Če imate zmogljiv procesor, na primer Snapdragon 8+ Gen 1, ki ga združite s počasnim pomnilnikom eMMC, boste njegovo zmogljivost močno oklestili. Pametni telefon bo kljub vsej tej moči, ki jo premore procesor, počasi odpiral aplikacije, se zatikal in na splošno kazal znake upočasnitve. Zato je eMMC pomnilnik danes bolj ali manj izumrl. Najdemo ga še v nizkocenovnih napravah, kot so na primer računalniki Chromebook.

UFS, sodobnejša tehnologija bliskovnega shranjevanja, je začela svoj vzpon okoli leta 2016. Zasnovana je bila za zagotavljanje hitrosti, podobne SSD-ju, na mobilnih napravah (telefoni, kamere, prenosniki …). UFS je vmesnik s polnim dupleksom, kar pomeni, da omogoča sočasno branje in pisanje. eMMC uporablja vzporedni ali poldupleksni vmesnik, ki dovoljuje le eno od teh operacij hkrati. UFS porabi tudi manj energije. Prihajajoči standard UFS 4.0 bo nasledil UFS 3.1, ki je pred kratkim praznoval drugi rojstni dan.

Kaj je UFS 4.0 in zakaj je pomemben?

UFS 4.0 je najnovejši pomnilniški standard, ki ga je odobrila svetovna organizacija JEDEC (Joint Electron Device Engineering Council) za razvoj odprtih standardov za mikroelektroniko. Samsung je napovedal, da bo novi standard UFS 4.0 ponujal bistveno večje hitrosti prenosa, energetsko učinkovitost in celo prihranek prostora. Natančneje, UFS 4.0 bo lahko dosegal hitrosti do 32,2 Gbps na podatkovni pas. To je dvakrat več od predhodnika in štirikrat več od starejšega UFS 2.1. Samsung pravi, da jim je ta podvig uspel po zaslugi uporabe novega lastniškega krmilnika in posodobljene vertikalne arhitekture NAND (V-NAND).

V praksi naj bi po podatkih podjetja uporabniki lahko pričakovali hitrosti zaporednega branja do 4.200 MB/s in do 2.800 MB/s hitrosti zapisovanja. Čeprav UFS 4.0 ne bo tako hiter kot nekateri najhitrejši namizni SSD diski, ga bo oglaševana zmogljivost postavila pred večino drugih tehnologij za shranjevanje. Pohvali se lahko tudi z veliko boljšo učinkovitostjo, saj doseže 6,0 MB/s na miliamper (mA) ali 46 % manjšo porabo od predhodnika.

Povečana pasovna širina UFS 4.0 bi morala bistveno skrajšati čas nalaganja aplikacij in iger. Koristna bo tudi pri snemanju videoposnetkov z visoko ločljivostjo, visoko hitrostjo sličic in za druge pomnilniško zahtevne naloge. Povečana učinkovitost pa bo razumljivo izboljšala življenjsko dobo baterije za pametne telefone.

Samsung je prepričan, da bodo izboljšane hitrosti pomagale tudi pri nastajajočih tehnologijah, kot so razširjena, mešana in virtualna resničnost. Prenosne VR naprave, kot je Oculus (Meta) Quest, bodo z odprtimi rokami sprejele večje hitrosti branja in pisanja, zlasti ker se pričakuje, da se bodo ločljivosti in velikosti sredstev v prihodnjih letih eksponentno povečale.

Kdaj bo UFS 4.0 pomnilnik pripravljen za uporabo?

V času pisanja prispevka je UFS 4.0 še vedno v razvoju in še nekaj časa ne bo integriran v potrošniške naprave. Samsung pričakuje, da se bo množična proizvodnja začela v tretjem četrtletju 2022, kar pomeni, da bodo pametni telefoni omenjeno tehnologijo dobili nekje v začetku ali do sredine naslednjega leta. Ker gre za novo tehnologijo in ker je situacija s polprevodniki in ostalimi komponentami še vedno volatilna, bo UFS 4.0 najprej na voljo v flagship pametnih telefonih. V naslednjih letih pa bo tehnologija počasi na voljo tudi v srednje in nizkocenovnih telefonih ter ostalih napravah.

Kako deluje bliskovni pomnilnik?

Ne bomo šli preveč v detajle, saj bi za pokritje celotnega področja potrebovali samostojen članek. Skratka, bliskovni pomnilnik shranjuje podatke v pomnilniške celice. Te celice vsebujejo tranzistorje s plavajočimi vrati, ki lahko za dalj časa ujamejo elektrone, vendar ne za vedno. Te celice imajo tri operacije: branje, pisanje in brisanje, odvisno od tega, kje se uporablja napetost. Za izvedbo operacije pisanja so plavajoča vrata v pomnilniški celici napolnjena ali izpraznjena.

Sodobne naprave za shranjevanje podatkov organizirajo pomnilniške celice po straneh, ki omogočajo istočasen dostop do velikih količin podatkov namesto celice za celico. Najpogostejša vrsta bliskovnega pomnilnika, imenovana NAND flash, vsebuje bloke po 32 ali 64 strani.

Potrošniška naprava, ki uporablja NAND pomnilnik, kot na primer USB ali SSD, ima na milijone pomnilniških celic, ki so zložene vodoravno, navpično ali v obe smeri. Pričakovano so tovrstne naprave, ki pri proizvodnji uporabljajo natančne operacije in visoko gostoto, dražje za izdelavo kot tradicionalni trdi diski.

Proizvajalci so našli načine za pocenitev proizvodnje bliskovnega pomnilnika. Najpogosteje uporabljajo večnivojske celice. Namesto shranjevanja na enonivojske celice (SLC) se uporablja trinivojske (TLC) ali večnivojske celice (MLC), ki lahko shranijo dva, tri ali več bitov. Čeprav ta strategija izboljša gostoto shranjevanja in zmanjša proizvodne stroške, hkrati tudi negativno vpliva na hitrost in vzdržljivost. Boljše razmerje med stroški in zmogljivostjo pa vseeno pomeni, da večina današnjih potrošniških naprav za shranjevanje podatkov uporablja bliskovni pomnilnik na osnovi večnivojskih (TLC ali MLC) celic.