Universal Flash Storage (UFS)

Universal Flash Storage (UFS) ist eine Standardspezifikation für Flash-Speicherkarten und Flash-Speicher in embedded Systemen. UFS gilt als die Nachfolgetechnologie von eMMC und SD-Karten. UFS ist für die nichtflüchtigen Hochleistungs-Flash Speichermedien optimiert. Damit können schnellere Datenzugriffe und Geschwindigkeiten erreicht werden und wird somit auch den zukünftig immer höher werdenden Anforderungen der mobilen (Smartphones, Tablets,Laptops), industriellen (embedded systems) und Automobil (Connected Cars) Bereichen gerecht.

UFS Organisationen

UFS wird von den wichtigen Unternehmen der Speicher- und Chipindustrie unterstützt und durch die Arbeitsgruppe JEDEC Solid State Technology Association geleitet. JEDEC arbeitet dabei auch mit der MIPI Alliance (Mobile Industry Processor Interface Alliance) zusammen, da Sie unter anderem auch für die Entwicklung des MPHY und UniPro Protokolls verantwortlich sind.

Außerdem wurde auch in 2010 die offene Handelsvereinigung Universal Flash Storage Association (UFSA) gegründet. Diese hat als Ziel eine möglichst flächendeckende Verbreitung und Akzeptanz von UFS in der Industrie.

Schnittstellen UFS

Um eine hohe Energieeffizienz und Performance bei der Datenübertragung zu erzielen, nutzt UFS bekannte Schnittstellenstandards für seine Interconnect-Ebene:

M-PHY- Spezifikation
UniPro-Spezifikationen

UniPro agiert als ein universelles Chip-zu-Chip-Protokoll, das einen gemeinsamen Kanal für andere Protokolle bereitstellt.

Die M-PHY-Schnittstelle ist die vorrangige physikalische Ebene (PHY-Layer) für die UniPro-Spezifikation und hat eine schnelle serielle Schnittstelle mit bis zu 2,9 GBit/s pro Lane, die sich auf 5,8 GBit/s pro Lane hochskalieren lässt.

UFS Versionen

UFS	1.0	1.1	2.0	2.1	3.0	3.1
Veröffentlicht	2011-02-24	2012-06-25	2013-09-18	2016-04-04	2018-01-30	2020-01-30
Datenübertragungsgeschwindigkeit pro Lane	300 MB/s	300 MB/s	600 MB/s	600 MB/s	1450 MB/s	1450 MB/s
Anzahl von Lanes	1	1	2	2	2	2
Max. Datenübertragungsgeschwindigkeit	300 MB/s	300 MB/s	1200 MB/s	1200 MB/s	2900 MB/s	2900 MB/s
M-PHY Version	?	?	3.0	3.0	4.1	4.1
UniPro Protokollversion	?	?	1.6	1.6	1.8	1.8

UFS Karte	1.0	1.1	2.0
Einführung	2016	2018
Datenübertragungsgeschwindigkeit pro Übertragungsstrang	600 MB/s	600 MB/s	1200 MB/s
Max. Anzahl der Übertragungsstränge	1	1	1
Max. Datenübertragungsgeschwindigkeit insgesamt	600 MB/s	600 MB/s	1200 MB/s
M-PHY Version	3.0	3.0
UniPro Protokoll-Version	1.6	1.6

Vorteile UFS

UFS ist ideal für Anwendungen, die eine hohe Performance und einen niedrige Stromaufnahme benötigen.

Hohe Performance (Hoher Datendurchsatz)
Niedrige Stromaufnahme
SCSI-Architekturmodell und damit Command-Queuing-Funktionen um die Random-Read/Write-Geschwindigkeiten zu erhöhen
UFS arbeitet in Vollduplex

Schneller Datendurchsatz durch eine serielle Hochgeschwindigkeitsschnittstelle, die auf bis zu 2,9 Gigabit pro Sekunde (Gbps) abzielt und auf 5,8 Gbps hochskalierbar ist. UFS implementiert eine serielle Vollduplex-LVDS-Schnittstelle, die besser auf höhere Bandbreiten skaliert als die parallele 8-Lane-Schnittstelle von eMMCs.

Im aktiven Zustand ist der Energieverbrauch bei UFS gering und fällt im Leerlauf auf nahezu Null.

Universal Flash Storage (UFS) verwendet das bewährte SCSI-Architekturmodell und Befehlsprotokolle, die mehrere Befehle mit Command-Queuing-Funktionen unterstützen, was eine Multi-Thread-Programmierung ermöglicht. Derzeitige Flash-basierte Speicherkarten (SD/SDIO Karten) und Embedded-Flash-Lösungen (emmc) arbeiten jeweils nur einen Befehl einzeln ab, was die Random-Read/Write-Performance verringert.

Da UFS in Vollduplex arbeitet gibt es eine permanente gleichzeitige Übertragung von Informationen in beiden Richtungen ohne gegenseitige Beeinflussung.

Werkzeuge für die Entwicklung

Um Speicherdesigns zu entwerfen, zu testen und zu debuggen eignen sich Protocol Analysatoren mit denen der Datenverkehr gestreamt und entschlüsselt angezeigt werden können. Für das Prototyping eigent sich der vielseitige NuProg-E2 Programmer, der das Programmieren von UFS, eMMC, MCU, EEPROM SPI Flash etc. Bausteinen ermöglicht.