Правда ли, что внутренние накопители смартфонов лучше любой карты памяти, и когда отправят на пенсию microSD?


Привет, Гиктаймс! В последние годы производители гаджетов считают, что хороший смартфон — монолитный смартфон. Аккумуляторы перестали быть съёмными, привычные SIM-карты, в их классическом понимании, тоже могут кануть в небытие, а взамен старой доброй microSD производители активно «педалируют» развитие встроенных в смартфоны накопителей. Действительно ли «приколоченные гвоздями» гигабайты настолько быстрые, выгодные и надёжные, или перед нами всего лишь новый виток на пути к «одноразовым» гаджетам?
b907058c62d2406eb4a90b6d450d73e6.jpg
Карты памяти соседствовали с умными телефонами ещё с «доисторических» врёмён. Первый в мире смартфон, IBM Simon, ещё в 1994 году довольствовался 1 Мбайт на внутреннем накопителе, но поддерживал подключение накопителей объёмом до 1,8 Мбайт при помощи интерфейса PCMCIA. И Nokia 9000 Communicator, которая появилась двумя годами позже, тоже могла похвастать слотом MMC.

После этого годы напролет слот MMC/RS-MMC/Memory Stick/SD/miniSD/microSD стал постоянным спутником мобильных телефонов. Исключение составляли только модели с огромным, монструозным объёмом памяти, которое выделялись на фоне конкурентов, как нынешние мобильники с 256 Гбайт на борту по соседству с обычным стиральным порошком смартфоном.

О чудесных отговорках производителей, которые ампутировали слот microSD в смартфонах, и «подвальном» способе нарастить память мы уже говорили ранее, а сегодня нам предстоит разобраться, является ли внутренний накопитель чем-то большим, чем «флэшкой наизнанку», и что он собой представляет в сравнении с microSD такого же периода выпуска.

eMMC — интегрированная «флэшка» в мультимедийных мобильниках


Отказ от съёмных накопителей в смартфонах, не будем лукавить, спровоцировал iPhone в 2007 году, а техническая реализация для производителей устройств «подъехала» из комитета стандартизации JEDEC в виде модулей eMMC.

f1e615d9f9fa428c9b90393b68aa94aa.png
Сферический eMMC-чип в упаковке: Kingston KE4CN2H5A, 4 Гбайт, 153-Pin, BGA

Что такое eMMC? Интегрированная мультимедиа карта (Embedded Multimedia Card). Разрабатывалась для мобильников, планшетов, навигаторов, автомобильных мультимедиа-систем и другой потребительской электроники. Дебют чипов eMMC пришёлся на 2008 год и совпал с периодом, когда производители электроники вынесли своё решение в так называемой «битвой форматов». За внимание вендоров боролись два варианта подсистемы памяти в мобильных устройствах:

NOR-флэш память для хранения и SRAM/PSRAM в роли ОЗУ. За такую комбинацию выступали Intel и Spansion (ныне — Cypress Semiconductor). Накопитель в такой конструкции представлял собой MCP-чип, такого вида конструкция была наиболее распространена в эпоху кнопочных смартфонов.
«Олдскульная» комбинация была мила производителям гаджетов умеренным энергопотреблением и более высокой производительностью в операциях на чтение данных.

NAND-флэш память и SDRAM ОЗУ была новомодной конструкцией, за распространение которой выступал огромный альянс, в котором главными идеологами были Samsung и Toshiba. Такое сочетание компонентов негативно сказывалось на автономности мобильных устройств, зато производительность оперативной памяти и дешевизна (уже тогда) NAND сделали своё дело — мобильники нуждались в собственных накопителях не только для служебных нужд, а NAND уже на раннем этапе своего внедрения в гаджеты обходилась вендорам на треть дешевле, чем NOR.

c0dca9d67a434654bd04ceb649ff41b5.png
Принцип работы eMMC в сравнении с типичными флэш-накопителями

Наибольшее распространение получил второй вариант, поэтому типичный накопитель eMMC представлял собой чип на базе NAND-памяти + интегрированный контроллер с поддержкой коррекции ошибок (ECC). Таким образом, производители мобильной техники заполучили ёмкую и недорогую реализацию подсистемы памяти, минуя неуклюжие (как для телефонов) жёсткие диски.

2008 год. Учёные выяснили, что памяти в смартфонах может быть много


Был ли этот прогресс заметен просты пользователям? Только когда речь шла о флагманских моделях — eMMC стартовал как разновидность реализации MMC 4.3 в 2008 году, когда DRAM стала привычной ОЗУ во флагманах, а 16 Гбайт на внутреннем накопителе были невероятной роскошью. Например, iPhone 3GS с 16 Гбайт на борту в это же время стоил 27000 рублей, а базовая версия с 8 Гбайт — 23 тысячи. Никого не удивляет, что флагманский смартфон с учётом инфляции стоил примерно 60 тысяч рублей, вряд ли кого-то удивит. А вот доплата за 8 Гбайт памяти в пересчете на реалии 2017 года была эквивалентна ~8500 рублей.

Словом, интегрированная универсальная (а не только под настройки, реестр приложений и телефонную книгу) память в смартфонах всё ещё была бешено дорогой, но уже могла похвастаться внушительным на объёмом на рубеже 2009–2010 гг. Не забывайте, что до съёмки видео в Full HD в популярных смартфонах ещё оставалось немало времени, а в 2009 году на свет появилась Nokia N97 с умопомрачительными 32 Гбайт встроенной памяти стоимостью всё те же 27 тысяч рублей на старте продаж.

8f43ea263cfb48a1b93840c3710dc352.png
Ёмкость eMMC в смартфонах увеличивалась не так интенсивно, как хотелось бы (источник: Micron Marketing)

И всё же карты памяти аналогичного периода была гораздо более развиты — например, Kingston microSDHC ёмкостью 32 Гбайт стандарта Class 4 стоила чуть больше 400 рублей. Даже если принять во внимание инфляцию, получится, что за нынешние 800–900 рублей «раскачать» смартфон до 32 Гбайт можно было ещё 9 лет назад! А в 2009 году JEDEC уже приняли стандарт SDXC, то есть, карт памяти современного образца.

d22c9565167e45e2b61190aaec2d62f9.jpg
Вы таки будете смеяться, но в 2009 году microSD ёмкостью 32 Гбайт стоила менее 500 рублей

На стороне интегрированной памяти, в теории, была более высокая производительность в линейных операциях на чтение и запись, и новейший стандарт eMMC 4.41 образца 2010 года допускал «потолок» пропускной способности до 100 Мбайт/с, скорость записи до 30 Мбайт/с. Стоит ли говорить, что:

1. В реальных сценариях работы скорость была несравнимо ниже
2. Аппаратная платформа смартфонов 2010 модельного года не могла реализовать весь потенциал eMMC 4.1
3. Подавляющее большинство смартфонов довольствовались 4–8 Гбайт встроенной памяти

При этом карты памяти классов 4 и 6 де-факто умели работать даже быстрее, чем им позволял встроенный в смартфоны контроллер, запись видео с битрейтом свыше 50 Мбит/с в мобильниках была экзотикой, а быстродействие приложений, как и в случае с SSD зависело не от пиковых линейных значений скорости, а от быстродействия в работе с крохотными файлами объёмом до мегабайта.

2013 год. Период зрелости eMMC, «доработка напильником»


С 2010 года интегрированные в смартфоны накопители развивались эволюционным путём — JEDEC раз за разом «полировали» стандарт MMC 4.x, типичный объём встроенной памяти к 2014 году дорос до 8/16 Гбайт, а смартфоны без слота для карт памяти были редкостью: либо iPhone, либо Google Nexus, либо китайские флагманы Meizu/Xiaomi с аналогичной идеологией по отношению к накопителям.

Версия интерфейса MMC Пропускная способность, Мбайт/с Предельная скорость записи, Мбайт/с
4.41 104 ~ 30
4.5 200 ~ 60
5.0 400 ~ 90
5.1 >600 ~ 125


В дальнейшем JEDEC дорабатывали eMMC неспешно: если не принимать в расчёт эволюцию NAND-флэш, заключалось во внедрении и доработке SecureTRIM, а ещё накопители учили взаимодействовать с новыми типами оперативной памяти DDR. Производительность eMMC выросла до пиковых 260 Мбайт/с по шине и 50 Мбайт/с для записи «в прыжке», в линейных операциях. И, хотя системы на чипе в смартфонах всё ещё были слишком медленными для того, чтобы «выжать все соки» из такой памяти, интегрированные накопители наконец созрели для работы с другим классом устройств — Windows-планшетами.

На этом стандарт eMMC 4.5 устаканился с 2013 года, когда смартфоны начали примерять модули памяти ёмкостью 64 Гбайт.

Что в аналогичную эпоху могли предложить карты памяти microSDXC? Например, новый стандарт быстродействия Class 10 UHS-I с передачей данных до 104 Мбайт/с (~50 Мбайт/с на чтение и ~40 Мбайт/с для записи в реальных условиях при линейных операциях), до 2000 IOPS в режиме чтения. То есть, видеопоток даже с самым внушительным битрейтом укладывался в быстродействие карт памяти с запасом. А вот запуск исполняемых файлов с карты памяти в смартфонах 2013 года, увы, отвоевала eMMC — начиная с Android 4.4 KitKat Google «закручивал» гайки и ограничивал доступ приложений к карте памяти до тех пор, пока в «ванильной» версии операционной системы не был закрыт доступ даже для записи кэша гигантских 3D-игр.

c09bdff379f44546b5a849b1adfb2919.jpg
Android, который мы потеряли. Ну, по крайней мере, его менеджмент памяти

С дебютом eMMC 5.0 интегрированная память смартфонов сделала гигантский рывок в производительности, но на смену ей пришёл новый и, по результатам тестирования, более перспективный стандарт интегрированных накопителей.

Новейшее время. UFS, NVMe и другие способы «наваливать» сверхбыстрые накопители в телефоны


В поздних ревизиях eMMC (5.0 в 2013 году и 5.1 в 2015 году) JEDEC в кои-то веки не просто «надули» линейную скорость чтения и записи, но и внедрили многопоточный протокол обработки команд — задержки в операциях с произвольным доступом к информации стали ниже. Также появился сбор статистики о здоровье накопители (до этого по-настоящему толковой системы диагностики в eMMC попросту не было), функция безопасного ухода в сон и возможность обновления прошивки на работающем устройстве (пригождается в устройствах промышленного класса).

И всё же гораздо более громким событием стал дебют стандарта UFS. Его разработка началась в 2011 году, но разрабатывали его «в муках», поэтому распространение получили лишь устройства на базе поздних (2013 год) вариантов UFS 2.0 и 2.1. В частности, накопитель стандарта UFS 2.0 и память LPDDR4 впервые получил смартфон Samsung Galaxy S6. Корейский производитель даже пошёл на риск и отказался от слота для microSD, чтобы обратить внимание покупателей на быстродействие нового типа памяти. Как показала практика, такой ход был ошибочным, поэтому в новом поколении Galaxy S Самсунг вернул возможность установки карт памяти.

48270218d9b3453d9fb84b86101ac472.jpg
Карты памяти UFS придут на смену microSD… наверное

В силу многих причин UFS выглядит наиболее вероятным преемником современных разновидностей Embedded Multimedia Card:
• последовательный интерфейс (UFS) намного предпочтительнее параллельного (eMMC) с точки зрения производительности
• энергопотребление в простое почти в 2 раза ниже, чем в вариантах на базе MMC
• возможность разработки карт памяти и бесшовной интеграции с внутреннем накопителем смартфонов
• эффективный swap в случае, когда ОЗУ мобильного устройства набита битком

Сегодня за внедрение нового стандарта памяти выступают Samsung, Nokia, Texas Instruments, STMicroelectronics и Micron Technology. Но реализовать новый стандарт в серийных устройствах — дорогое удовольствие, тем более, что ни о какой обратной совместимости с microSD речи не идёт.

9fa1aa6d96a64176b43dad1890b41505.jpg
Второе поколение накопителей UFS должно было перевернуть рынок накопителей в мобильной технике, однако его внедрение отложили на неопределённый срок

Большинство производителей придерживаются консервативных взглядов и предпочитают более распространённый, хотя и менее производительный вариант с eMMC 5.1. Раньше 2018 года ожидать серийных устройств со сменными накопителями стандарта UFS вряд ли стоит.

Есть ли в такой ситуации производитель с третьей точкой зрения? Есть, и вы с одного раза угадаете, кто норовит, так сказать, «Think different» вопреки всем конкурентам.

А не замахнуться ли нам на SSD в мобильнике?


Если Samsung «переизобретает» улучшенный вариант MMC, а консервативные производители отвечают «мы и со старым ещё повоюем!», то Apple, по сути, выступает за интеграцию в смартфон привычной нам по новейшим SSD памяти при помощи кастомной реализации PCI-e и протокола NVMe!

14853454f61d4d6c91f929e72c8b2221.jpg
Энтузиаст разработал драйвер и картридер для чипы NVMe из iPhone 6s (Осторожно! Все права защищены, и тому подобное)

Сказать, что Apple установил SSD в смартфон, было бы слишком громким заявлением (всё-таки, внутри iPhone нетипичная реализация твердотельных накопителей), но среди всех распространённых вариантов накопителей в мобильниках этот ближе всех к тому, что мы наблюдаем в ПК и ноутбуках.

Впервые такой накопитель Apple применила в iPhone 6s и 6s Plus без особого пиара такого подхода, поэтому разрыв порядка 35–37% в сравнении с UFS 2.0 и одним из быстрейших в плане памяти Samsung Galaxy S6 был практически сенсационным.

4fb6cf18392d476aab500270b1f7166d.png
a8e8d893367c4c54a797523a95252bca.png
Накопитель под управлением NVM Express в iPhone 6s задал жару конкурентам в последовательных чтении и записи (источник: Anandtech.com)

4d18ca92b7984033a13adad9133c1d07.png
84f993def4f64ae8bd09b2a4e7033776.png
… хотя в случайных операциях отнюдь не блистал

Но ведь об этом никто не писал, верно? Поэтому, вы будете смеяться, но ратующий за высокую производительность накопителей Samsung не стал модернизировать встроенную память в Galaxy S7, а Apple посчитали революцию в iPhone 6s достаточной, поэтому с точки зрения быстродействия воз и ныне там — айфон с его «микро-SSD» второй год подряд остаётся смартфоном с самой быстрой подсистемой памяти.

Солидные цифры в последовательных операциях на накопителях смартфонов радуют глаз, но на деле пользователю мобильника неоткуда взять и начать качать/загружать данные на гигабитной скорости.

Гораздо важнее время отклика, скорость запуска компактных приложений, надёжность (чтобы не «ой, зависла, нужно подождать) и скоростные характеристики, которых хватит для записи сверхчёткого видео в современных камерах. Под такие задачи сегодня проектируются карты памяти microSD стандарта UHS-I Speed Class 3. Например, карты памяти Kingston SDCA3 не «захлебнутся» даже в записи потокового видео при битрейте свыше 500 Мбит/с, да и штамповать фотографии в RAW можно десятками штук. В смартфонах скоростного потенциала карты хватает с внушительным запасом — накопитель по-настоящему «хардкорен».

8d8b7dc65ddb4e76b1c3cfd4fd2a4823.jpg
Kingston SDCA3 — новейшая карта памяти стандарта UHS-I Speed Class 3

Чуть менее агрессивная по скоростным характеристикам, но тоже современная модель — карта SDCG Kingston Gold UHS-I Speed Class 3. Её главная суперспособность — быть достаточно быстрой для записи 4K-видео и сохранять информацию в ситуациях, когда «ой, кажется моя камера/смартфон всё». Золотая серия Kingston не столь быстрая в экстремальной нагрузке, как SDCA3, но даже она в 4,5 раза проворнее карт памяти стандарта Class 10.

41ffdbd0df0e480884cb122c4e94fd56.jpg
Kingston Gold UHS-I Speed Class 3 — устойчивая к внешним воздействиям карта с быстродействием для записи 4K-видео

Так может ну их, эти карты памяти?


В идеальном мире, о котором любят рассказывать Apple и Google, владелец смартфона путешествует между точками доступа Wi-Fi с безупречной скоростью и по территории с необычайно качественной, не перегруженной связью стандарта LTE-Advanced. Причём делает это с безлимитным тарифным планом (ха-ха-ха!), посредством которого 4K-видео, фильмы в разрешении Full HD и гигабайты игр равномерно размазываются по накопителям ёмкостью 64 Гбайт или чуть менее того. Реальность настолько прозаичнее, что лучше не будем расписывать её в подробностях — мечтатели будут огорчены.

Не стоит забывать и о том, что мобильные системы на чипе перешли на техпроцесс 10 нм FinFET, а это значит, что дальнейшее развитие технорм будет проходить мучительно долго. То есть, процессоры в смартфонах будут развиваться менее интенсивно, как это уже происходит в десктопах. И, если покупатели смартфонов будут реже менять их на новые модели, накопители станут «бутылочным» горлышком для обладателей смартфонов без слота microSD.

0d0f0106ad744e278cb206ffbee1a528.jpg
Видишь ёмкость 16 Гбайт — не верь глазам своим (источник: ZDNet.com)

А ещё покупка карты памяти высокой ёмкости по-прежнему обходится выгоднее, чем пара лет оплаты облачного хранилища (для доступа к которому требуется соответствующее качество интернета). Тем более, что надёжность современных «флэшек» поможет спасти все необходимые данные, когда смартфон умер и не успел синхронизироваться с онлайн-накопителем.

Пусть в вашей жизни всегда будет эффективный «план Б» даже в самых неприятных ситуациях, а дорогие сердцу данные никогда не теряются! Ведь только в них и дорогих нам людях запечатлены детали повседневной жизни, о которых мы с теплотой будем вспоминать десятилетия спустя.


Подписывайтесь и оставайтесь с нами — будет интересно!

Для получения дополнительной информации о продукции Kingston и HyperX обращайтесь на официальный сайт компании. В выборе своего комплекта HyperX поможет страничка с наглядным пособием.

© Geektimes