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使用雙通道eMMC存儲(chǔ)器的USB3.0 高速U盤

2015-05-04

       USB3.0今年已經(jīng)完全進(jìn)入了普及的一年,一方面在主機(jī)端無論是最新的個(gè)人PC還是筆記本電腦都已經(jīng)配備了USB3.0接口,另一方面支持USB3.0的移動(dòng)硬盤、U盤、讀卡器產(chǎn)品也隨著價(jià)格的持續(xù)下調(diào)提高了其對(duì)于USB2.0產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。越來越多的用戶開始放棄USB2.0產(chǎn)品,轉(zhuǎn)而選擇性能價(jià)格比更高的USB3.0產(chǎn)品,所以今年廠商的產(chǎn)品重點(diǎn)也都放在了USB3.0新接口上。今天我們要評(píng)測(cè)的威寶USB3.0高速U盤就是這樣一款產(chǎn)品。其采用了天津瑞發(fā)科半導(dǎo)體公司(Norelsys)推出的NS1081 USB3.0主控芯片,并采用兩顆三星原廠eMMC芯片作為存儲(chǔ)芯片,以RAID0方式進(jìn)行操作,使容量和性能達(dá)到了加倍的效果。

  從外形尺寸上看,威寶USB3.0 高速U盤非常小巧、便攜,并采用了推拉式的外殼設(shè)計(jì),使用時(shí)將USB連接頭推出即可,不用時(shí)可將連接頭縮回外殼里面,免去了丟失保護(hù)蓋的問題,在這一點(diǎn)上為用戶考慮的比較周到。  

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▲ 威寶USB3.0高速U盤外觀圖

  除了具備向下兼容USB2.0和高速傳輸?shù)奶攸c(diǎn),威寶USB3.0高速U盤還兼容包括Windows8、Windows7、Vista、XP、Mac和Linux在內(nèi)的多種操作系統(tǒng),非常適合當(dāng)前全面升級(jí)、支持USB3.0的各種PC和筆記本。

產(chǎn)品拆解  

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▲ 威寶USB3.0高速U盤 正面拆解圖

   將U盤外殼拆開,PCB板正面有兩顆芯片,較小的一顆是天津瑞發(fā)科半導(dǎo)體公司(Norelsys)推出的NS1081主控芯片,而較大的一顆是三星原廠 的eMMC芯片,型號(hào)為KLMBG4GE4A-A001,容量為32G,此外還有一些電阻電容等分立元件,注意這個(gè)威寶U盤的PCB上并沒有找到電源芯片,應(yīng)該是被主控廠商集成到了芯片內(nèi)部,這樣可以為生產(chǎn)廠商節(jié)省物料成本。  

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▲威寶USB3.0高速U盤 背面拆解圖

  PCB板背面還有一顆芯片,仍然是三星原廠的eMMC芯片,容量型號(hào)與正面那一顆完全相同,這樣U盤的總?cè)萘繛?4G,并且這兩顆eMMC是按照RAID0方式進(jìn)行操作的,究竟這顆NS1081主控在USB3.0接口下能夠讓兩個(gè)eMMC芯片發(fā)揮多大的性能呢?  

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▲威寶USB3.0高速U盤與金士頓USB3.0 U盤對(duì)比圖

  從威寶USB3.0高速U盤與金士頓USB3.0 U盤拆解后的對(duì)比圖中可以看到,威寶U盤的PCB長(zhǎng)度明顯小于金士頓U盤,元件排放更加緊湊,仔細(xì)看一下發(fā)現(xiàn)eMMC芯片封裝尺寸要比NAND Flash芯片稍小。

  搞清楚了威寶USB3.0高速U盤的內(nèi)部結(jié)構(gòu),下面我們來看一看它的性能究竟如何吧!

測(cè)試平臺(tái)

  在測(cè)試平臺(tái)方面,為了不讓系統(tǒng)中其它配件成為影響U盤發(fā)揮性能的瓶頸,所有配件盡量使用較高性能的產(chǎn)品,并且在Win7和Win8系統(tǒng)下分別進(jìn)行了測(cè)試。同時(shí)在測(cè)試時(shí)將會(huì)關(guān)閉所有的不必要程序,以便測(cè)試出準(zhǔn)確、公平的測(cè)試成績(jī)。

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測(cè)試軟件

  ATTO Disk Bench32:一款簡(jiǎn)單易用的磁盤傳輸速率檢測(cè)軟件,可以用來檢測(cè)硬盤、U盤、存儲(chǔ)卡及其它可移動(dòng)磁盤的讀取及寫入速率。采用分級(jí)測(cè)試模式,可以看到不同傳輸長(zhǎng)度下設(shè)備的讀寫性能,讓測(cè)試結(jié)果更加精準(zhǔn)可靠。

  CrystalDiskMark v3.0.3:一款測(cè)試你的硬盤或者存儲(chǔ)設(shè)備的小巧工具,簡(jiǎn)單易于操作的界面讓你隨時(shí)可以測(cè)試你的存儲(chǔ)設(shè)備,測(cè)試循環(huán)次數(shù)和傳輸長(zhǎng)度都可以選擇,可以測(cè)試連續(xù)讀寫,512KB讀寫和4KB讀寫情況下設(shè)備的性能。

  FastCopy:FastCopy是Windows平臺(tái)上最快的文件拷貝、刪除軟件。由于其功能強(qiáng)勁,性能優(yōu)越,一時(shí)間便超越相同類型的所有其他軟件。此軟件支持目錄拷貝,其測(cè)試結(jié)果更符合用戶真實(shí)的使用環(huán)境。

性能測(cè)試

  我們的測(cè)試在WIN7和WIN8兩套測(cè)試環(huán)境下進(jìn)行,分別使用ATTO Disk Bench32、CrystalDiskMark v3.0.3、FastCopy軟件進(jìn)行測(cè)試。

  ATTO Disk Bench32測(cè)試  

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▲威寶USB3.0高速U盤 ATTO Disk Bench32測(cè)試 @ Win7 Platform

  在WIN7測(cè)試環(huán)境下ATTO Disk Bench32測(cè)試最高連續(xù)寫速度為85.5MB/s,最高連續(xù)讀速度為144.4MB/s,這個(gè)速度真是很不錯(cuò),達(dá)到了中高端USB3.0 U盤的性能,超出預(yù)期!  

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▲ 威寶USB3.0高速U盤 ATTO Disk Bench32測(cè)試 @ Win8 Platform

   再來看看在WIN8測(cè)試環(huán)境下的性能,用ATTO Disk Bench32測(cè)試最高連續(xù)寫速度為85.8MB/s,最高連續(xù)讀速度為162.3MB/s。寫速度相對(duì)于WIN7沒有提高,但讀速度有比較明顯的提高, 這主要是因?yàn)樵赪IN8系統(tǒng)下主機(jī)對(duì)命令的處理效率更高,可以連續(xù)處理更長(zhǎng)數(shù)據(jù)長(zhǎng)度的命令,所以讀速度會(huì)有提升,而寫速度沒有提升可能是受限于eMMC芯 片的性能。

  CrystalDiskMark v3.0.3測(cè)試  

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▲威寶USB3.0高速U盤 CrystalDiskMark v3.0.3測(cè)試 @ Win7 Platform

   在WIN7測(cè)試環(huán)境下CrystalDiskMark v3.0.3測(cè)試最高連續(xù)寫速度為82.4MB/s,最高連續(xù)讀速度為142.2MB/s,與ATTO Disk Bench32軟件測(cè)試結(jié)果幾乎相同,而隨機(jī)讀寫512KB和隨機(jī)讀寫4KB的性能很好,明顯高于采用NAND Flash方案的USB3.0 U盤,這應(yīng)該得益于兩顆三星原廠的eMMC芯片,畢竟是給智能手機(jī)和平板電腦用的^_^!  

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▲威寶USB3.0高速U盤 CrystalDiskMark v3.0.3測(cè)試 @ Win8 Platform

  在WIN8測(cè)試環(huán)境下CrystalDiskMark v3.0.3測(cè)試最高連續(xù)寫速度為81.8MB/s,最高連續(xù)讀速度為158.2MB/s,連續(xù)讀速度仍然比WIN7下有明顯的提高,連續(xù)寫速度和隨機(jī)性能則變化不大。

  FastCopy測(cè)試  

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▲ 威寶USB3.0高速U盤 FastCopy測(cè)試 @ Win7 Platform(左圖為寫入文件,右圖為讀取文件)

   在WIN7測(cè)試環(huán)境下,通過FastCopy測(cè)試拷貝本地文件夾(10.59GB)到U盤上,包含44個(gè)文件,總耗時(shí)143.65秒,平均寫入速度為 73.7MB/s。再將同一個(gè)文件夾從U盤上拷貝到本地硬盤上,總耗時(shí)94.36秒,平均讀取速度為112.2MB/s。FastCopy測(cè)試很接近實(shí)際 使用情況,結(jié)果仍然很令人滿意。  

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▲ 威寶USB3.0高速U盤 FastCopy測(cè)試 @ Win8 Platform(左圖為寫入文件,右圖為讀取文件)

   在WIN8測(cè)試環(huán)境下,通過FastCopy測(cè)試拷貝本地文件夾(10.59GB)到U盤上,包含44個(gè)文件,總耗時(shí)148.14秒,平均寫入速度為 71.4MB/s。再將同一個(gè)文件夾從U盤上拷貝到本地硬盤上,總耗時(shí)79.65秒,平均讀取速度為132.9MB/s。

  測(cè)試總結(jié)

   大家都知道決定U盤產(chǎn)品性能最重要的組件就是主控芯片和閃存芯片,在這一點(diǎn)上USB2.0和USB3.0時(shí)代都是一樣的,而現(xiàn)在主流的方案都是U盤主控 加上NAND Flash閃存,主控負(fù)責(zé)對(duì)NAND Flash進(jìn)行管理,由于NAND Flash器件自身的特性,其每個(gè)存儲(chǔ)單元的使用壽命是有限的,也就是我們常說的可擦寫次數(shù)(也叫PE周期),NAND Flash隨著其工藝水平的不斷演進(jìn)(40nm->30nm->20nm->1xnm)和閃存類型的變化 (SLC->MLC->TLC),其成本是在不斷降低的,而PE周期是在持續(xù)下降的。所以一方面主控需要使用各種軟件算法對(duì)NAND Flash進(jìn)行損耗均衡、垃圾回收、地址映射等操作以提高其使用壽命,另一方面主控內(nèi)部也包含了用于錯(cuò)誤糾正的硬件(ECC),可以自動(dòng)糾正傳輸和儲(chǔ)存中 所產(chǎn)生的錯(cuò)誤,這種ECC的能力越強(qiáng),主控所能支持的閃存工藝和類型越新,U盤的使用壽命就越長(zhǎng)。

  我們今天評(píng)測(cè)的威寶USB3.0高速 U盤采用了一種完全創(chuàng)新的架構(gòu),其使用了來自天津瑞發(fā)科半導(dǎo)體公司的NS1081主控芯片,NS1081主控芯片不同于傳統(tǒng)的NAND Flash主控芯片,其可以支持多個(gè)eMMC存儲(chǔ)芯片并以RAID0的方式進(jìn)行操作,這樣存儲(chǔ)容量和讀寫性能都達(dá)到了加倍的效果,充分利用了USB3.0 接口的帶寬。

  說到這里不得不給大家普及一下關(guān)于eMMC的知識(shí),eMMC全稱Embedded Multi Media Card(嵌入式多媒體卡),是由JEDEC標(biāo)準(zhǔn)化組織所制定的一種內(nèi)嵌式存儲(chǔ)器標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格,帶有MMC(多媒體卡)接口、快閃存儲(chǔ)器設(shè)備及主控制器,所有 這些組件都在一個(gè)小型的BGA 封裝內(nèi),其版本歷經(jīng)了4.3->4.41->4.51->5.0,每一代的接口速度都有所提高,最常見的4.41和4.51版本接口帶 寬分別為100MB/s和200MB/s,同時(shí)其接口電壓可以是1.8V或3.3V。eMMC最初推出的目的是為了簡(jiǎn)化手機(jī)存 儲(chǔ)器的設(shè)計(jì),一方面由于NAND Flash芯片由不同廠商生產(chǎn)制造,使用時(shí)需要根據(jù)每家公司產(chǎn)品的技術(shù)特性來重新設(shè)計(jì)主控制器,過去并沒有技術(shù)能夠通用所有廠商的NAND Flash芯片。另一方面每次NAND Flash工藝技術(shù)改朝換代,包括70nm演進(jìn)至50nm,再演進(jìn)至40nm或30nm制程技術(shù),手機(jī)客戶也都要重新設(shè)計(jì),但半導(dǎo)體產(chǎn)品每年制程技術(shù)都會(huì) 推陳出新,存儲(chǔ)器問題也拖累手機(jī)新機(jī)種推出的速度,因此像eMMC這種把NAND Flash存儲(chǔ)芯片和控制芯片都包在一顆芯片里的概念,逐漸在市場(chǎng)中流行開來。eMMC的推出大大加速了產(chǎn)品研發(fā)速度,手機(jī)客戶只需要采購(gòu)eMMC芯片, 放進(jìn)新手機(jī)中,不需處理其它繁雜的NAND Flash兼容性和管理問題,最大優(yōu)點(diǎn)是縮短新產(chǎn)品的上市周期和研發(fā)成本,加速產(chǎn)品更新?lián)Q代速度。

   國(guó)際上生產(chǎn)NAND Flash存儲(chǔ)芯片的主要廠商包括英特爾、三星、東芝、閃迪、鎂光、海力士等,其最高等級(jí)的NAND Flash芯片主要供企業(yè)級(jí)SSD產(chǎn)品和軍工產(chǎn)品使用,下一個(gè)等級(jí)的NAND Flash芯片供eMMC/eMCP產(chǎn)品和消費(fèi)級(jí)SSD產(chǎn)品使用,較差等級(jí)的NAND Flash則供Micro-SD存儲(chǔ)卡和USB Flash Drive產(chǎn)品使用。從NAND Flash品質(zhì)上看,eMMC的性能是接近SSD產(chǎn)品的,某些eMMC內(nèi)部還集成了Cache模塊,這樣就大大提高了eMMC的隨機(jī)讀寫性能,eMMC芯 片所包含的主控芯片大部分由NAND Flash原廠開發(fā),可以最大程度發(fā)揮其自家器件的性能,而U盤主控芯片通常由獨(dú)立控制器芯片廠商進(jìn)行開發(fā),需要考慮不同生產(chǎn)廠商、不同工藝制程、不同閃 存類型器件兼容性問題,通常無法最大程度發(fā)揮NAND Flash芯片的性能。NAND Flash U盤主控芯片的這種劣勢(shì)在USB2.0時(shí)代并不明顯,因?yàn)閷?duì)產(chǎn)品性能的要求不高,進(jìn)入U(xiǎn)SB3.0時(shí)代后這種劣勢(shì)就越發(fā)凸顯。

  采用NS1081 USB3.0讀卡器主控芯片加eMMC存儲(chǔ)芯片的架構(gòu)可以大大簡(jiǎn)化U盤主控芯片的設(shè)計(jì)復(fù)雜度并提供穩(wěn)定高速的性能,由于生產(chǎn)eMMC芯片的廠商都是NAND Flash供貨大廠,如三星、鎂光、閃迪、海力士等,產(chǎn)品都是幾大原廠給智能手機(jī)和平板電腦供貨的高端產(chǎn)品,其品質(zhì)和性能都是出類拔萃的,受惠于近年來智能手機(jī)和平板電腦出貨量的爆發(fā),存儲(chǔ)器生產(chǎn)廠商都加大了eMMC產(chǎn)量,擁有很充足的貨源保證,且eMMC容量和性能在逐步提高,成本在不斷下降。

   在USB2.0時(shí)代也曾出現(xiàn)過采用讀卡器方案的U盤產(chǎn)品,即用一顆讀卡器主控芯片加一顆eMMC或tf卡做成的U盤,但這種方案不具備容量和性能的可擴(kuò) 展性,U盤的性能被限制在一顆eMMC或tf卡的容量和性能,甚至被限制在USB2.0接口的性能。NS1081主控芯片的推出則完全解決了這一問題,其 USB3.0接口使主機(jī)端不再成為性能的瓶頸,同時(shí)其創(chuàng)新性的閃存卡RAID0操作方式,可以給客戶提供最大的設(shè)計(jì)靈活性,U盤生產(chǎn)廠商可以根據(jù)目標(biāo)市場(chǎng) 的需求和擁有的eMMC資源來決定U盤最終的設(shè)計(jì)方案,由于NS1081支持4通道4bit或者雙通道8bit閃存卡速度和容量疊加,使客戶可以非常靈活 的利用手中資源以滿足不同目標(biāo)市場(chǎng)對(duì)于U盤容量和性能的要求。

  后記

  在我們的評(píng)測(cè)中,這款威寶USB3.0高速U盤具有非常不俗的性能,完全達(dá)到了中高端USB3.0 U盤的級(jí)別,這主要?dú)w功于其采用的NS1081主控芯片。

   這顆NS1081主控芯片由天津瑞發(fā)科半導(dǎo)體公司設(shè)計(jì),這是一家在U盤主控領(lǐng)域的新公司,筆者處于好奇,在百度上搜索了一下,其公司主頁上有如下信息 “天津瑞發(fā)科半導(dǎo)體技術(shù)有限公司成立于2009年,由多名歸國(guó)硅谷半導(dǎo)體技術(shù)專家和本土資深半導(dǎo)體營(yíng)銷行家創(chuàng)立,在發(fā)展過程中獲得了君聯(lián)資本(原聯(lián)想投 資)、賽富投資基金、聯(lián)想之星等全球著名產(chǎn)業(yè)風(fēng)險(xiǎn)投資基金支持。公司位于天津華苑高新區(qū),并在深圳設(shè)有銷售和客戶支持辦公室。”看來這是一家初創(chuàng)不久的芯 片設(shè)計(jì)公司,但投資者卻是業(yè)內(nèi)知名的土豪級(jí)大VC。除了NS1081 USB3.0 U盤主控芯片外,其產(chǎn)品還包括NS1066/NS1066X和NS1068/NS1068X USB3.0-SATA2/3 橋接控制器芯片,公司的每一款USB3.0芯片都通過了USB-IF官方認(rèn)證和微軟WHQL認(rèn)證(早在2013年初就拿到了第一個(gè)認(rèn)證,并且目前在大陸半 導(dǎo)體公司中還是唯一一家),其USB3.0芯片都已在聯(lián)想、東芝等品牌大廠量產(chǎn)了。這還真是一個(gè)名不見經(jīng)傳的設(shè)計(jì)公司,行事風(fēng)格很低調(diào),但其產(chǎn)品和客戶卻 并不低端。

  如前文所述,基于eMMC存儲(chǔ)芯片的USB3.0 U盤可以說是U盤中的高大上產(chǎn)品,因其采用的eMMC芯片和其中的NAND Flash芯片均由國(guó)際知名大廠生產(chǎn),性能出眾,而在國(guó)內(nèi)這種eMMC芯片資源則掌握在如江波龍(Netcom)、佰維(Biwin)等少數(shù)一線模組存儲(chǔ) 大廠的手中,不過其產(chǎn)品則以外銷品牌如威寶(Verbatim)等為主,在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)剛剛開始出現(xiàn),對(duì)于終端用戶還有一個(gè)認(rèn)識(shí)接受的過程。

  其它

   從上文的性能評(píng)測(cè)中我們可以看到,基于eMMC存儲(chǔ)芯片的USB3.0 U盤相較于普通基于NAND Flash芯片的USB3.0 U盤的一個(gè)重要優(yōu)勢(shì)是其4K隨機(jī)訪問速度明顯更快,利用這一特點(diǎn),U盤玩家可以使用基于eMMC存儲(chǔ)芯片的USB3.0 U盤來制作win to go。所謂win to go就是可以在U盤上運(yùn)行的Windows8系統(tǒng),并且可以在不同的電腦硬件上運(yùn)行,相當(dāng)于用戶能夠隨身攜帶自己的專屬系統(tǒng)到其他的PC上進(jìn)行工作,這個(gè) 功能在當(dāng)今辦公移動(dòng)化、系統(tǒng)個(gè)性化和用戶數(shù)據(jù)安全化的大背景下越來越受到歡迎。由于win to go使用的是U盤作為存儲(chǔ)媒介,所以性能瓶頸是在U盤的讀寫速度上,win to go應(yīng)用強(qiáng)烈建議使用 USB3.0 的設(shè)備,并且對(duì)U盤的隨機(jī)訪問性能有較高的要求,否則當(dāng)數(shù)據(jù)傳輸速率較大時(shí)畫面可能會(huì)出現(xiàn)停滯和卡機(jī)的現(xiàn)象,從而影響用戶體驗(yàn)。     

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