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使用雙通道eMMC存儲器USB3.0 高速U盤

2014-05-22作者:369手游網  來源: www.glrhgy.live    我要評論

使用通道eMMC存儲器USB3.0 高速U盤

2014年05月20日 11:28 出處:泡泡網 【原創】 作者:李萬里 編輯:李萬里

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  泡泡網U盤頻道5月20日 USB3.0今年已經完全進入了普及的一年,一方面在主機端無論是最新的個人PC還是筆記本電腦都已經配備了USB3.0接口,另一方面支持USB3.0的移動硬盤、U盤、讀卡器產品也隨著價格的持續下調提高了其對于USB2.0產品的競爭優勢。越來越多的用戶開始放棄USB2.0產品,轉而選擇性能價格比更高的USB3.0產品,所以今年廠商的產品重點也都放在了USB3.0新接口上。今天我們要評測的威寶USB3.0高速U盤就是這樣一款產品。其采用了天津瑞發科半導體公司(Norelsys)推出的NS1081 USB3.0主控芯片,并采用兩顆三星原廠eMMC芯片作為存儲芯片,以RAID0方式進行操作,使容量和性能達到了加倍的效果。

  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計,使用時將USB連接頭推出即可,不用時可將連接頭縮回外殼里面,免去了丟失保護蓋的問題,在這一點上為用戶考慮的比較周到。  

使用雙通道eMMC存儲器USB3.0 高速U盤


威寶USB3.0高速U盤外觀圖

  除了具備向下兼容USB2.0和高速傳輸的特點,威寶USB3.0高速U盤還兼容包括Windows8、Windows7、vista、XP、Mac和Linux在內的多種操作系統,非常適合當前全面升級、支持USB3.0的各種PC和筆記本。

  產品拆解  

使用雙通道eMMC存儲器USB3.0 高速U盤


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科半導體公司(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,注意這個威寶U盤的PCB上并沒有找到電源芯片,應該是被主控廠商集成到了芯片內部,這樣可以為生產廠商節省物料成本。  

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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,容量型號與正面那一顆完全相同,這樣U盤的總容量為64G,并且這兩顆eMMC是按照RAID0方式進行操作的,究竟這顆NS1081主控在USB3.0接口下能夠讓兩個eMMC芯片發揮多大的性能呢?  

使用雙通道eMMC存儲器USB3.0 高速U盤


威寶USB3.0高速U盤與金士頓USB3.0 U盤對比圖

  從威寶USB3.0高速U盤與金士頓USB3.0 U盤拆解后的對比圖中可以看到,威寶U盤的PCB長度明顯小于金士頓U盤,元件排放更加緊湊,仔細看一下發現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盤的內部結構,下面我們來看一看它的性能究竟如何吧!

  測試平臺

  在測試平臺方面,為了不讓系統中其它配件成為影響U盤發揮性能的瓶頸,所有配件盡量使用較高性能的產品,并且在Win7和Win8系統下分別進行了測試。同時在測試時將會關閉所有的不必要程序,以便測試出準確、公平的測試成績。

使用雙通道eMMC存儲器USB3.0 高速U盤

  測試軟件

  ATTO Disk Bench32:一款簡單易用的磁盤傳輸速率檢測軟件,可以用來檢測硬盤、U盤、存儲卡及其它可移動磁盤的讀取及寫入速率。采用分級測試模式,可以看到不同傳輸長度下設備的讀寫性能,讓測試結果更加精準可靠。

  CrystalDiskMark v3.0.3:一款測試你的硬盤或者存儲設備的小巧工具,簡單易于操作的界面讓你隨時可以測試你的存儲設備,測試循環次數和傳輸長度都可以選擇,可以測試連續讀寫,512KB讀寫和4KB讀寫情況下設備的性能。

  FastCopy:FastCopy是Windows平臺上最快的文件拷貝、刪除軟件。由于其功能強勁,性能優越,一時間便超越相同類型的所有其他軟件。此軟件支持目錄拷貝,其測試結果更符合用戶真實的使用環境。

  性能測試

  我們的測試在WIN7和Win8兩套測試環境下進行,分別使用ATTO Disk Bench32、CrystalDiskMark v3.0.3、FastCopy軟件進行測試。

  ATTO Disk Bench32測試  

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威寶USB3.0高速U盤 ATTO Disk Bench32測試 @ Win7 Platform

  在WIN7測試環境下ATTO Disk Bench32測試最高連續寫速度為85.5MB/s,最高連續讀速度為144.4MB/s,這個速度真是很不錯,達到了中高端USB3.0 U盤的性能,超出預期!  

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威寶USB3.0高速U盤 ATTO Disk Bench32測試 @ Win8 Platform

  再來看看在Win8測試環境下的性能,用ATTO Disk Bench32測試最高連續寫速度為85.8MB/s,最高連續讀速度為162.3MB/s。寫速度相對于WIN7沒有提高,但讀速度有比較明顯的提高,這主要是因為在Win8系統下主機對命令的處理效率更高,可以連續處理更長數據長度的命令,所以讀速度會有提升,而寫速度沒有提升可能是受限于eMMC芯片的性能。

  CrystalDiskMark v3.0.3測試  

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威寶USB3.0高速U盤 CrystalDiskMark v3.0.3測試 @ Win7 Platform

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

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威寶USB3.0高速U盤 CrystalDiskMark v3.0.3測試 @ Win8 Platform

  在Win8測試環境下CrystalDiskMark v3.0.3測試最高連續寫速度為81.8MB/s,最高連續讀速度為158.2MB/s,連續讀速度仍然比WIN7下有明顯的提高,連續寫速度和隨機性能則變化不大。

  FastCopy測試  

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

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

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

  在Win8測試環境下,通過FastCopy測試拷貝本地文件夾(10.59GB)到U盤上,包含44個文件,總耗時148.14秒,平均寫入速度為71.4MB/s。再將同一個文件夾從U盤上拷貝到本地硬盤上,總耗時79.65秒,平均讀取速度為132.9MB/s。

  測試總結

  大家都知道決定U盤產品性能最重要的組件就是主控芯片和閃存芯片,在這一點上USB2.0和USB3.0時代都是一樣的,而現在主流的方案都是U盤主控加上NAND Flash閃存,主控負責對NAND Flash進行管理,由于NAND Flash器件自身的特性,其每個存儲單元的使用壽命是有限的,也就是我們常說的可擦寫次數(也叫PE周期),NAND Flash隨著其工藝水平的不斷演進(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周期是在持續下降的。所以一方面主控需要使用各種軟件算法對NAND Flash進行損耗均衡、垃圾回收、地址映射等操作以提高其使用壽命,另一方面主控內部也包含了用于錯誤糾正的硬件(ECC),可以自動糾正傳輸和儲存中所產生的錯誤,這種ECC的能力越強,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。

  我們今天評測的威寶USB3.0高速U盤采用了一種完全創新的架構,其使用了來自天津瑞發科半導體公司的NS1081主控芯片,NS1081主控芯片不同于傳統的NAND Flash主控芯片,其可以支持多個eMMC存儲芯片并以RAID0的方式進行操作,這樣存儲容量和讀寫性能都達到了加倍的效果,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于eMMC的知識,eMMC全稱Embedded Multi Media Card(嵌入式多媒體卡),是由JEDEC標準化組織所制定的一種內嵌式存儲器標準規格,帶有MMC(多媒體卡)接口、快閃存儲器設備及主控制器,所有這些組件都在一個小型的BGA 封裝內,其版本歷經了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化手機存儲器的設計,一方面由于NAND Flash芯片由不同廠商生產制造,使用時需要根據每家公司產品的技術特性來重新設計主控制器,過去并沒有技術能夠通用所有廠商的NAND Flash芯片。另一方面每次NAND Flash工藝技術改朝換代,包括70nm演進至50nm,再演進至40nm或30nm制程技術,手機客戶也都要重新設計,但半導體產品每年制程技術都會推陳出新,存儲器問題也拖累手機新機種推出的速度,因此像eMMC這種把NAND Flash存儲芯片和控制芯片都包在一顆芯片里的概念,逐漸在市場中流行開來。eMMC的推出大大加速了產品研發速度,手機客戶只需要采購eMMC芯片,放進新手機中,不需處理其它繁雜的NAND Flash兼容性和管理問題,最大優點是縮短新產品的上市周期和研發成本,加速產品更新換代速度。

  國際上生產NAND Flash存儲芯片的主要廠商包括英特爾、三星、東芝、閃迪、鎂光、海力士等,其最高等級的NAND Flash芯片主要供企業級SSD產品和軍工產品使用,下一個等級的NAND Flash芯片供eMMC/eMCP產品和消費級SSD產品使用,較差等級的NAND Flash則供Micro-SD存儲卡和USB Flash Drive產品使用。從NAND Flash品質上看,eMMC的性能是接近SSD產品的,某些eMMC內部還集成了Cache模塊,這樣就大大提高了eMMC的隨機讀寫性能,eMMC芯片所包含的主控芯片大部分由NAND Flash原廠開發,可以最大程度發揮其自家器件的性能,而U盤主控芯片通常由獨立控制器芯片廠商進行開發,需要考慮不同生產廠商、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揮NAND Flash芯片的性能。NAND Flash U盤主控芯片的這種劣勢在USB2.0時代并不明顯,因為對產品性能的要求不高,進入USB3.0時代后這種劣勢就越發凸顯。

  采用NS1081 USB3.0讀卡器主控芯片加eMMC存儲芯片的架構可以大大簡化U盤主控芯片的設計復雜度并提供穩定高速的性能,由于生產eMMC芯片的廠商都是NAND Flash供貨大廠,WP游戲,如三星、鎂光、閃迪、海力士等,產品都是幾大原廠給智能手機和平板電腦供貨的高端產品,其品質和性能都是出類拔萃的,受惠于近年來智能手機和平板電腦出貨量的爆發,存儲器生產廠商都加大了eMMC產量,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時代也曾出現過采用讀卡器方案的U盤產品,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接口使主機端不再成為性能的瓶頸,同時其創新性的閃存卡RAID0操作方式,可以給客戶提供最大的設計靈活性,U盤生產廠商可以根據目標市場的需求和擁有的eMMC資源來決定U盤最終的設計方案,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市場對于U盤容量和性能的要求。

  后記

  在我們的評測中,這款威寶USB3.0高速U盤具有非常不俗的性能,完全達到了中高端USB3.0 U盤的級別,這主要歸功于其采用的NS1081主控芯片。

  這顆NS1081主控芯片由天津瑞發科半導體公司設計,這是一家在U盤主控領域的新公司,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“天津瑞發科半導體技術有限公司成立于2009年,由多名歸國硅谷半導體技術專家和本土資深半導體營銷行家創立,在發展過程中獲得了君聯資本(原聯想投資)、賽富投資基金、聯想之星等全球著名產業風險投資基金支持。公司位于天津華苑高新區,并在深圳設有銷售和客戶支持辦公室。”看來這是一家初創不久的芯片設計公司,但投資者卻是業內知名的土豪級大VC。除了NS1081 USB3.0 U盤主控芯片外,其產品還包括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官方認證和微軟WHQL認證(早在2013年初就拿到了第一個認證,并且目前在大陸半導體公司中還是唯一一家),其USB3.0芯片都已在聯想、東芝等品牌大廠量產了。這還真是一個名不見經傳的設計公司,行事風格很低調,但其產品和客戶卻并不低端。

  如前文所述,基于eMMC存儲芯片的USB3.0 U盤可以說是U盤中的高大上產品,因其采用的eMMC芯片和其中的NAND Flash芯片均由國際知名大廠生產,性能出眾,而在國內這種eMMC芯片資源則掌握在如江波龍(Netcom)、佰維(Biwin)等少數一線模組存儲大廠的手中,不過其產品則以外銷品牌如威寶(Verbatim)等為主,在國內市場剛剛開始出現,對于終端用戶還有一個認識接受的過程。

  其它

  從上文的性能評測中我們可以看到,基于eMMC存儲芯片的USB3.0 U盤相較于普通基于NAND Flash芯片的USB3.0 U盤的一個重要優勢是其4K隨機訪問速度明顯更快,利用這一特點,U盤玩家可以使用基于eMMC存儲芯片的USB3.0 U盤來制作win to go。所謂win to go就是可以在U盤上運行的Windows8系統,并且可以在不同的電腦硬件上運行,相當于用戶能夠隨身攜帶自己的專屬系統到其他的PC上進行工作,這個功能在當今辦公移動化、系統個性化和用戶數據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盤作為存儲媒介,所以性能瓶頸是在U盤的讀寫速度上,win to go應用強烈建議使用 USB3.0 的設備,并且對U盤的隨機訪問性能有較高的要求,否則當數據傳輸速率較大時畫面可能會出現停滯和卡機的現象,從而影響用戶體驗。■

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