UFS 3.0: Verdoppelte Datenrate für neuen Smartphone-Speicher

Mit UFS 3.0 ist der neue Standard für schnellen Flash-Speicher in Smartphones fertig. Die für die Standardisierung zuständige Organisation JEDEC hat nun die Spezifikationen veröffentlicht. Wesentliche Neuerung ist die Verdoppelung der Datenrate pro Leitung. Parallel wurde die Spezifikation 1.1 für UFS-Speicherkarten publiziert.

UFS 3.0 erhöht auf 11,6 Gbit/s pro Leitung

Der UFS-Standard nutzt die sogenannte M-PHY-Schnittstelle in Kombination mit dem UniPro-Protokoll, beide wurden von der MIPI Alliance geschaffen. Bei der 2011 veröffentlichten Spezifikation UFS 1.0 betrug die maximale theoretische Datenrate noch 2,9 Gigabit pro Sekunde (362,5 MB/s). 2013 folgte UFS 2.0 mit der Verdoppelung durch den HS-Gear3-Modus auf 5,8 Gbit/s (725 MB/s). Mit UFS 3.0 findet ein Wechsel auf HS-Gear4 statt, der eine erneute Verdoppelung auf nun 11,6 Gbit/s (1.450 MB/s) pro Datenleitung mit sich bringt.

Die maximalen Datenraten sind wie auch bei anderen Standards rein theoretischer Natur. Die praktisch nutzbaren Übertragungsraten fallen durch den Overhead und die Bitkodierung geringer aus. Allein die 8b10b-Kodierung, die zum Beispiel auch bei PCI Express und SATA genutzt wird, beansprucht 20 Prozent der Datenrate. Im Gegenzug bedeutet dies, dass die effektive Datenrate um 20 Prozent sinkt, was für UFS 3.0 noch 1.160 MB/s exklusive Overhead übrig lässt. Daher wird oft von rund 1.200 MB/s für UFS 3.0 gesprochen. Bei maximaler Anbindung mit zwei Datenleitungen (Lanes) bringt es UFS 3.0 somit auf rund 2,4 GB/s.

Fit für sparsamen 3D-NAND und Automotive

Zu den weiteren Neuerungen gegenüber UFS 2.0 respektive UFS 2.1 zählt eine angepasste Stromversorgung, die mit 2,5 Volt VCC-Spannung aktuelle und sparsamere NAND-Flash-Chips (3D-NAND) unterstützt.

Ferner wurden für den Einsatz im Automotive-Segment relevante Punkte angegangen. Der Temperaturbereich, in dem UFS funktionieren soll, wurde auf -40 °C bis +105 °C ausgeweitet. Eine vom Host steuerbare Refresh-Funktion für die NAND-Flash-Zellen soll der Datenhaltbarkeit zugute kommen.

Samsung fertigt seit einigen Monaten embedded Universal Flash Storage (eUFS) für Automobile. Für Smartphones bietet der Hersteller seit Kurzem UFS-Chips mit bis zu 512 GByte Speicherplatz an, die sich aus acht übereinander gestapelten 3D-NAND-Dies zusammensetzen. Toshiba ist im Dezember bei UFS-Chips mit 256 GByte BiCS3-Flash angekommen.

UFS Card Extension 1.1 für Speicherkarten

Im Zuge des Updates auf den JEDEC-Standard JESD220D für UFS 3.0 wurden die aktualisierten Standards JESD223D für das UFS Host Controller Interface (UFSHCI) und JESD220-2A für die UFS-Speicherkarten (UFS Card Extension) veröffentlicht.

Die UFS Card Extension 1.1 bringt laut JEDEC aber nur „kleinere Updates und redaktionelle Änderungen“ mit sich. Die theoretische Datenrate liegt hier bei maximal 5,8 Gbit/s über die einzelne Lane und damit auf UFS-2.0-Niveau. UFS-Speicherkarten, die das gleiche Format wie microSD-Karten besitzen, spielen aber am Markt praktisch noch keine Rolle.