淺析手機內存和閃存的優(yōu)化技術

RAM和ROM的區(qū)別

直到現在還有不少朋友搞不清R A M 和ROM的差異，本文我們就再做次小科普。RAM代表手機內存（又稱“運存”），就好像P C上的內存條，只是手機內存都是一顆單獨的芯片。ROM代表存儲空間（又稱“ 閃存”），類似PC上的硬盤，而手機上的ROM依舊是以一顆N A N D閃存芯片的形態(tài)存在（圖1）。

誰在影響內存性能

我們都知道，手機內存越大性能和體驗越好。但除了容量，還有很多因素會影響手機內存的性能。

內存標準

如今手機內存主要以LPDDR4X和LPDDR5兩種標準為主。LPDDR5相比較于LPDDR4X，綜合場景續(xù)航提升大約10%，玩游戲省電大約20%，微信視頻和語音續(xù)航大約提升10%，一句話概括就是性能更強，功耗更低。實際上，從LPDDR3→LPDDR4→ LPDDR4X→LPDDR5，下一代內存較之前輩都具備上述優(yōu)勢（圖2）。

內存頻率

我們都知道，內存頻率越高，性能越強。LPDDR4X就存在LPDDR4X-1866（等效3733MH）和LPDDR4X-2133（等效4266MHz）兩種頻率，LPDDR5也包含LPDDR5-2750（等效5500MHz）和LPDDR5-3200（等效6400MHz）兩種頻率，現在很多旗艦手機搭載的所謂“滿血LPDDR5內存”，指的就是LPDDR5-3200標準。

內存通道

手機專用的LPDDR內存默認均為16bit位通道。以驍龍7系、6系、4系為代表的中低端移動平臺都是2×16bit，即16位雙通道（共計32位）;而驍龍8系移動平臺則是4×16bi t，即16位四通道（共計64位）。此外，旗艦級芯片普遍還能搭配更高頻率的LPDDR5內存，所以它們才能保持對中端芯片的全面壓制。

內存管理機制

iPhone手機的內存遠不如同期的Android旗艦，但前者卻依舊能保持良好的流暢性，也很少聽說因內存不夠用而導致系統(tǒng)卡頓，在這背后就是內存的調用和回收等管理機制邏輯有別了。配置一模一樣的Android手機，打開相同數量的APP總有一款更流暢，說明其研發(fā)團隊的“軟實力”更強。

RAM Boost技術

RAM Boost最早出現在2019年上市的一加7 Pro身上，可以讓8GB內存的一加7 Pro擁有等同于12GB內存競品的多任務后臺能力（圖3）。2021年，努比亞發(fā)布的紅魔6游戲手機也引入了RAM Boost技術，號稱可以讓12GB內存猶如18GB內存般使用。

所謂的RAM Boost即內存虛擬快速擴展技術，我們可以將它理解為PC領域的“虛擬內存技術”，即將部分硬盤容量虛擬為內存，當后臺程序快要擠滿內存時，將部分程序劃分到虛擬內存中。R AM Boost的原理和其類似—— 用手機閑置的ROM閃存來接納來自物理內存的碎片。

但是，R O M 閃存的讀寫速度遠不如R AM內存，如果你真的在后臺同時駐留數十個應用，同時擠滿RAM和ROM虛擬出來的內存時，系統(tǒng)流暢性肯定會受到影響。因此，RAM Boost并不能提升內存性能，它只能同時在內存中駐留更多程序（圖4）。與其指望它帶來驚喜，還不如期待手機可以直接搭配更大的內存以及更具效率的內存管理機制呢。

誰在影響閃存性能

就好像新款PC的主硬盤已經全面過渡到SSD一樣，如今智能手機的閃存也都經歷了一次較大的迭代，就是從eMMC閃存跨越到了UFS閃存（圖5）。那么，又有誰在影響UFS閃存的性能呢？

閃存標準

早期智能手機都內置eMMC閃存，它是在NAND閃存芯片的基礎上，額外集成了主控制器，并將二者“打包”封裝封成一顆BGA芯片，從而減少了對PCB主板的空間占用。eMMC的最新標準為eMMC 5.1，常見于千元以內的入門級手機市場，讀取速度最高只有400MB/s左右。

U FS是eMMC的進階版，它是由多個閃存芯片、主控、緩存組成的陣列式存儲模塊。UFS彌補了eMMC僅支持半雙工運行（讀寫必須分開執(zhí)行）的缺陷，可以實現全雙工運行，所以性能得以翻番。UFS目前存在UFS2.0（讀取速度70 0MB/s）、UFS2.1（9 0 0MB/s）、UFS2.2（900MB/s）、UFS3.0（1700MB/s）和UFS3.1（1900MB/s）等標準，UFS2.x常見于中低端產品，UFS3.x則是高端手機的標配（圖6）。

閃存通道

和內存一樣，UFS閃存也存在單通道和雙通道之別，兩者讀寫性能相差30%～50%之間。好消息是，如今新款手機都已標配雙通道UFS，所以咱們只要簡單了解一下即可。

Write Turbo技術

Write Turbo是UFS3.0時期引入的一項虛擬技術，很多品牌主打的閃存增強技術大多是基于它優(yōu)化而來，比如紅魔6主打的Magic Write 2.0。我們都知道，現在手機閃存都是TLC介質的NAND芯片，它的優(yōu)勢是可以在每個存儲單元中保存3bit，能以低成本實現更大的容量，但讀寫，特別是寫入速度遠不如SLC NAND。

所謂的Write Turbo，其實就是虛擬SLC技術（圖7）。它會將部分TLC閃存容量虛擬成SLC，當手機在寫入數據時，系統(tǒng)會優(yōu)先將其寫入到虛擬的S LC空間，由于后者每個存儲單元只需保存1bit數據，所以寫入速度會有大幅提升（讀取速度也有明顯提升）。但是，如果一次寫入的數據容量超過了虛擬S L C 容量，讀寫速度便會驟降至TLC的水平上。

各大手機廠商會在虛擬SLC的容量和調度規(guī)則上存在差異，比如有些廠商會選擇全盤虛擬S LC的方式，隨著使用空間的逐漸增加，速度會逐漸下降。因此，都是內置UFS 3 .1+Wr i te Tur b o閃存的手機，它們之間的實際體驗可能也有高低之分。

磁盤陣列存儲系統(tǒng)

除了使用Write Turbo虛擬SLC以外，剛上市不久的黑鯊4 Pro還給我們帶來了一個全新的思路——磁盤陣列存儲系統(tǒng)。

簡單來說，這款手機除了內置閃存芯片以外，還額外添加了一顆來自群聯的SSD芯片（圖8），并將二者組成了Raid 0陣列，如此讓手機的讀寫速度都有著50%以上的提升（圖9）。

RAMDISK磁盤加速器

黑鯊4 Pro同時還主打一項名為RAMDISK磁盤加速器的功能。提起“RAMDISK”很多朋友應該非常熟悉（圖10），很早以前CFan曾多次報道過如何將電腦閑置內存使用虛擬成RAMDISK“內存盤”，保存其中的程序運行飛快，但每次關機內存盤都會被清空，下次開機后還需重新加載程序。

黑鯊4 Pro的RAMDISK磁盤加速器的原理和內存盤差不多，都是直接通過內存模擬閃存存儲空間，讓游戲文件直接在內存中完成讀寫，游戲的啟動、加載和運行速度更是大幅提升（圖11）。需要注意的是，該功能僅限標配12GB或16GB內存的高配版本，8GB內存版則不支持RAMDISK技術。原因也很簡單，在當前的應用環(huán)境8GB內存都不嫌多，哪里還有額外空間供你虛擬閃存？此外，同一時間僅有一款游戲可以運行在基于RAMDISK技術的極速模式下，想切換其他游戲時必須等待一定的時間讓極速模式掛載完成。

閃存內存合二為一

作為手機內部最占用PCB主板空間的“大戶”，內存（包括隱藏在其下面的SoC）和閃存的體型都不小，如果能將這顆存儲芯片也和處理器內存摞在一起，不就可以更加節(jié)省主板空間了嗎？2020年底，美光發(fā)布的uMCP5閃存技術就有望實現這個夢想。

簡單來說，uMCP5是全球首次通過MCP多芯片封裝的方式，在單顆芯片內就完整集成了自家的LPDDR5內存芯片、NAND閃存芯片以及UFS 3.1控制器（圖12），它采用TFBGA封裝格式，最大可選12GB+256GB容量。其中，該產品LPDDR5內存的部分支持6400Mbps的數據傳輸率，UFS3.1閃存部分的編程/擦寫循環(huán)次數可達到5000次。

總之，美光uMCP5的出現，可以進一步提升手機的存儲密度，節(jié)省內部空間、成本和功耗，而我們也期待這種“二合一”的存儲芯片可以早日在手機領域量產（圖13），并有機會用于筆記本等其他計算設備領域。

小結

作為影響手機性能輸出的“鐵三角”，閃存和內存的重要性不次于處理器，因此每次它們的技術革新，都會帶來切實的實際體驗提升。希望大家今后在選購手機時，可以將目光多多投向這兩個領域的優(yōu)化和升級上。