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不再越满越慢 存储新技术令手机历久弥新

作者:原创

多年前,智能手机发布会上已经将“使用 36 个月不卡顿”做为卖点,从系统优化层面入手解决存储碎片所造成的性能下降问题。

NAND存储逻辑与40多年前的HDD一脉相承,虽然经历了十余年的独立发展,但是底层受制因素仍然颇多,特别是对外的文件(file)与对内的扇区(sector),逻辑上的扇区/块(block)与物理上的页(page)/块时,无论是地址/读写转换,还是数据存储逻辑,为了兼容性问题尾大不掉。

从Android 13开始,华为为Android贡献的EROFS(Enhanced Read-Only File System,可扩展的只读文件系统)成为相关系统的默认设置。从名字难看出,EROFS主要解决的是ROM部分的文件级结构,不仅有利于压缩系统文件存储的空间、减少卡顿,同时全力为读性能优化。


智能设备的存储结构非常特殊,仅需要读取的ROM与读写混合的存储区域混合在一起,两部分的存储结构、优化逻辑相左,性能与效能如何平衡,就需要更底层的硬件架构升级来改善。如今,NAND厂商出手了。


NAND,也就是我们俗称的闪存,不仅涉及容量,同时还有越来越重要的速度因素。特别是近年来,UFS(Universal File Store)逐渐占据市场主流,不仅性能将eMMC 5.x远远甩在身后,而且随着市场集中度提升,新特性导入明显加速。去年UFS 3.0刚成主流,而今年下半年旗舰智能手机将普遍配备UFS 3.1产品,明年就是UFS 4.0。

UFS 4.0于8月18日刚刚正式公布,同时其标准化委员会JEDEC还“顺道”通过了UFSHCI 4.0(JESD223E)补充协议,并向UFS 3.1及更新的版本开放了一个非常重要的新特性,也就是我们今天的主角FBO。FBO,File-Based Optimization,直接翻译过来就是“基于文件的优化”,而实用该项技术的首个终端产品是小米刚刚发布的小米12S Ultra智能手机,小米称其为焕新存储技术。


根据小米给出的数据,FBO技术加持的设备,使用多年后,速度仍能保持最初的水平,达到“历久弥新”的效果,与非FBO技术的产品,速度仅有当初的1/5形成巨大的反差。FBO技术为何如此神奇?这还要从NAND厂商深入介入终端产品研发这件事说起。

NAND里的数据,好似一笼屉包子里面的馅。如果没有按一定规则码放,某个包子到底是什么馅的,除了包它的那个人,没有第二个人能知道。继承自HDD分区表通过索引(专门有个人在张纸上记录每个人第几个包子放在哪里)方式存储数据;由于大家一起包包子,习惯/条件好的时候挨着放,不好的时候插空放,各种馅料的包子混杂在一起——文件散落在不同物理块上。


在HDD上,若文件存储在不相邻的扇区上,则要在数据块上标识与之相连的扇区信息,从而降低分区表索引强度及对其容量需求。但在NAND上,平衡各块的寿命是非常重要的,新数据已经要放到最长未用的块上,这一块索引与文件索引之间的转换与冲突,是NAND性能劣化的成因之一。当包子大空位小时,为了不使它们层叠或粘连,得把之前笼屉中的包子都挪动一下。

FBO的方式更为“激进”。存储空间的碎片化,源自大小不等的文件反复读写,并叠加寿命平衡因素。而FBO则在包子放入笼屉的伊始,无论包子大小,均按照馅料的进行了归类并连续放置,从连续的数据块升格为连续的“文件”存储,打破了传统以数据块为单位的存储模式——有多个块连接而成的文件级数据具有相同的读、写和删除操作。

这样的以单一文件为逻辑的存储逻辑,不仅便于写入(生产包子)而且便于读取(销售包子),系统获取文件即获取各个相连数据块中的完整数据,无需二次转化为不同位置的数据块信息。FBO优化需经过类似SSD的TRIM或HDD的defrag指令那样集中执行过程——执行可在用户不使用设备时完成。


在联合西部数据推出的焕新存储技术中,小米宣称从软件层的文件读写性能到硬件层的文件级存储优化,新的小米12S Ultra与MIUI配合中,实现了“完美的碎片解决方案”。

西部数据公司中国区智能终端产品事业部高级销售总监文芳

西部数据公司中国区智能终端产品事业部高级销售总监文芳表示:“如今,5G技术的应用不断推动手机行业日新月异的发展。更高分辨率的视频和图像内容、复杂丰富的应用程序以及实时的通讯交互等等,都对手机系统架构的各方面性能提出了更高要求,也给存储带来严峻的挑战。西部数据深耕存储多年,在闪存领域和手机存储行业拥有深厚的技术积累和专业的技术优势,我们很高兴能够与国内领先的智能手机厂商小米携手,推动FBO焕新存储技术的研发和落地,成功协助小米成为首个实现FBO的手机厂商。FBO技术也被JEDEC成功列入下一代闪存标准UFS4.0的正式规范中。在互联技术日益复杂的未来,西部数据将持续与更多行业合作伙伴开展深度合作,推动手机存储技术的创新和行业生态的良性发展,携手以‘数造辉煌’。”

对合作的另一方西部数据来说,支持UFS 3.1及FBO特性的新产品是iNAND MC EU551嵌入式闪存器件,采用基于西部数据的第七代SmartSLC的Write Booster技术,还支持Host Performance Booster 2.0,随机读取性能提升约100%、随机写入性能提升约40%、顺序写入性能提升约90%,达到1550MB/s。


西部数据表示,FBO技术对于消除Android系统文件碎片化造成的性能影响显著,除了与小米之外的各头部智能手机厂商也在积极导入。因此在针对小米旗舰机型小米12S Ultra提供256GB及512GB的iNAND MC EU551产品之外,他还将提供128GB版本,使消费者不但可以在旗舰机型中体验到FBO功能,也能在中端机型中体验到。


在UFS 4.0到来之前,西部数据抢先将其重要特性FBO下放到iNAND MC EU551 UFS 3.1产品中,把这个“焕新”的体验尽快地带到市场。


西部数据公司产品营销总监张丹

西部数据公司产品营销总监张丹表示:“手机长期使用过程中会进行大量的文件写入和删除,因此产生存储碎片,导致手机读写性能的大幅下降,这是安卓手机用户和行业长期以来的痛点。本次西部数据与小米的强强联合,在全新的XIAOMI 12S ULTRA中实现了创新的FBO焕新存储技术,通过巧妙的性能设计创新性地建立了文件系统与UFS闪存硬件之间的连接,为消费者带来了理想的碎片整理解决方案,能够将长期使用后的手机读性能提升至接近一台全新的手机,优化最终用户在启动APP、观看视频等场景的使用体验。凭借在闪存领域的独特技术优势,西部数据也将持续与手机厂商保持密切沟通,积极针对消费者的体验进行优化和升级,满足数字时代下消费者对于数据存储的多样化需求。”


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