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使用双通道eMMC存储器的USB3.0 高速U盘

2015-05-04

USB3.0今年已经完全进入了普及的一年,一方面在主机端无论是最新的个人PC还是笔记本电脑都已经配备了USB3.0接口,另一方面支持USB3.0的移动硬盘、U盘、读卡器产品也随着价格的持续下调提高了其对于USB2.0产品的竞争优势。越来越多的用户开始放弃USB2.0产品,转而选择性能价格比更高的USB3.0产品,所以今年厂商的产品重点也都放在了USB3.0新接口上。今天我们要评测的威宝USB3.0高速U盘就是这样一款产品。其采用了天津瑞发科开云棋牌官网在线客服公司(Norelsys)推出的NS1081 USB3.0主控芯片,并采用两颗三星原厂eMMC芯片作为存储芯片,以RAID0方式进行操作,使容量和性能达到了加倍的效果。

  从外形尺寸上看,威宝USB3.0 高速U盘非常小巧、便携,并采用了推拉式的外壳设计,使用时将USB连接头推出即可,不用时可将连接头缩回外壳里面,免去了丢失保护盖的问题,在这一点上为用户考虑的比较周到。  

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▲ 威宝USB3.0高速U盘外观图

  除了具备向下兼容USB2.0和高速传输的特点,威宝USB3.0高速U盘还兼容包括Windows8、Windows7、Vista、XP、Mac和Linux在内的多种操作系统,非常适合当前全面升级、支持USB3.0的各种PC和笔记本。

产品拆解

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▲ 威宝USB3.0高速U盘 正面拆解图

   将U盘外壳拆开,PCB板正面有两颗芯片,较小的一颗是天津瑞发科开云棋牌官网在线客服公司(Norelsys)推出的NS1081主控芯片,而较大的一颗是三星原厂 的eMMC芯片,型号为KLMBG4GE4A-A001,容量为32G,此外还有一些电阻电容等分立元件,注意这个威宝U盘的PCB上并没有找到电源芯片,应该是被主控厂商集成到了芯片内部,这样可以为生产厂商节省物料成本。  

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▲威宝USB3.0高速U盘 背面拆解图

  PCB板背面还有一颗芯片,仍然是三星原厂的eMMC芯片,容量型号与正面那一颗完全相同,这样U盘的总容量为64G,并且这两颗eMMC是按照RAID0方式进行操作的,究竟这颗NS1081主控在USB3.0接口下能够让两个eMMC芯片发挥多大的性能呢?  

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▲威宝USB3.0高速U盘与金士顿USB3.0 U盘对比图

  从威宝USB3.0高速U盘与金士顿USB3.0 U盘拆解后的对比图中可以看到,威宝U盘的PCB长度明显小于金士顿U盘,元件排放更加紧凑,仔细看一下发现eMMC芯片封装尺寸要比NAND Flash芯片稍小。

  搞清楚了威宝USB3.0高速U盘的内部结构,下面我们来看一看它的性能究竟如何吧!

测试平台

  在测试平台方面,为了不让系统中其它配件成为影响U盘发挥性能的瓶颈,所有配件尽量使用较高性能的产品,并且在Win7和Win8系统下分别进行了测试。同时在测试时将会关闭所有的不必要程序,以便测试出准确、公平的测试成绩。

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测试软件

  ATTO Disk Bench32:一款简单易用的磁盘传输速率检测软件,可以用来检测硬盘、U盘、存储卡及其它可移动磁盘的读取及写入速率。采用分级测试模式,可以看到不同传输长度下设备的读写性能,让测试结果更加精准可靠。

  CrystalDiskMark v3.0.3:一款测试你的硬盘或者存储设备的小巧工具,简单易于操作的界面让你随时可以测试你的存储设备,测试循环次数和传输长度都可以选择,可以测试连续读写,512KB读写和4KB读写情况下设备的性能。

  FastCopy:FastCopy是Windows平台上最快的文件拷贝、删除软件。由于其功能强劲,性能优越,一时间便超越相同类型的所有其他软件。此软件支持目录拷贝,其测试结果更符合用户真实的使用环境。

性能测试

  我们的测试在WIN7和WIN8两套测试环境下进行,分别使用ATTO Disk Bench32、CrystalDiskMark v3.0.3、FastCopy软件进行测试。

 ATTO Disk Bench32测试

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▲威宝USB3.0高速U盘 ATTO Disk Bench32测试 @ Win7 Platform

  在WIN7测试环境下ATTO Disk Bench32测试最高连续写速度为85.5MB/s,最高连续读速度为144.4MB/s,这个速度真是很不错,达到了中高端USB3.0 U盘的性能,超出预期!  

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▲ 威宝USB3.0高速U盘 ATTO Disk Bench32测试 @ Win8 Platform

   再来看看在WIN8测试环境下的性能,用ATTO Disk Bench32测试最高连续写速度为85.8MB/s,最高连续读速度为162.3MB/s。写速度相对于WIN7没有提高,但读速度有比较明显的提高, 这主要是因为在WIN8系统下主机对命令的处理效率更高,可以连续处理更长数据长度的命令,所以读速度会有提升,而写速度没有提升可能是受限于eMMC芯 片的性能。

CrystalDiskMark v3.0.3测试 

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▲威宝USB3.0高速U盘 CrystalDiskMark v3.0.3测试 @ Win7 Platform

   在WIN7测试环境下CrystalDiskMark v3.0.3测试最高连续写速度为82.4MB/s,最高连续读速度为142.2MB/s,与ATTO Disk Bench32软件测试结果几乎相同,而随机读写512KB和随机读写4KB的性能很好,明显高于采用NAND Flash方案的USB3.0 U盘,这应该得益于两颗三星原厂的eMMC芯片,毕竟是给智能手机和平板电脑用的^_^!  

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▲威宝USB3.0高速U盘 CrystalDiskMark v3.0.3测试 @ Win8 Platform

  在WIN8测试环境下CrystalDiskMark v3.0.3测试最高连续写速度为81.8MB/s,最高连续读速度为158.2MB/s,连续读速度仍然比WIN7下有明显的提高,连续写速度和随机性能则变化不大。

FastCopy测试

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▲ 威宝USB3.0高速U盘 FastCopy测试 @ Win7 Platform(左图为写入文件,右图为读取文件)

   在WIN7测试环境下,通过FastCopy测试拷贝本地文件夹(10.59GB)到U盘上,包含44个文件,总耗时143.65秒,平均写入速度为 73.7MB/s。再将同一个文件夹从U盘上拷贝到本地硬盘上,总耗时94.36秒,平均读取速度为112.2MB/s。FastCopy测试很接近实际 使用情况,结果仍然很令人满意。  

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▲ 威宝USB3.0高速U盘 FastCopy测试 @ Win8 Platform(左图为写入文件,右图为读取文件)

   在WIN8测试环境下,通过FastCopy测试拷贝本地文件夹(10.59GB)到U盘上,包含44个文件,总耗时148.14秒,平均写入速度为 71.4MB/s。再将同一个文件夹从U盘上拷贝到本地硬盘上,总耗时79.65秒,平均读取速度为132.9MB/s。

测试总结

   大家都知道决定U盘产品性能最重要的组件就是主控芯片和闪存芯片,在这一点上USB2.0和USB3.0时代都是一样的,而现在主流的方案都是U盘主控 加上NAND Flash闪存,主控负责对NAND Flash进行管理,由于NAND Flash器件自身的特性,其每个存储单元的使用寿命是有限的,也就是我们常说的可擦写次数(也叫PE周期),NAND Flash随着其工艺水平的不断演进(40nm->30nm->20nm->1xnm)和闪存类型的变化 (SLC->MLC->TLC),其成本是在不断降低的,而PE周期是在持续下降的。所以一方面主控需要使用各种软件算法对NAND Flash进行损耗均衡、垃圾回收、地址映射等操作以提高其使用寿命,另一方面主控内部也包含了用于错误纠正的硬件(ECC),可以自动纠正传输和储存中 所产生的错误,这种ECC的能力越强,主控所能支持的闪存工艺和类型越新,U盘的使用寿命就越长。

  我们今天评测的威宝USB3.0高速 U盘采用了一种完全创新的架构,其使用了来自天津瑞发科开云棋牌官网在线客服公司的NS1081主控芯片,NS1081主控芯片不同于传统的NAND Flash主控芯片,其可以支持多个eMMC存储芯片并以RAID0的方式进行操作,这样存储容量和读写性能都达到了加倍的效果,充分利用了USB3.0 接口的带宽。

  说到这里不得不给大家普及一下关于eMMC的知识,eMMC全称Embedded Multi Media Card(嵌入式多媒体卡),是由JEDEC标准化组织所制定的一种内嵌式存储器标准规格,带有MMC(多媒体卡)接口、快闪存储器设备及主控制器,所有 这些组件都在一个小型的BGA 封装内,其版本历经了4.3->4.41->4.51->5.0,每一代的接口速度都有所提高,最常见的4.41和4.51版本接口带 宽分别为100MB/s和200MB/s,同时其接口电压可以是1.8V或3.3V。eMMC最初推出的目的是为了简化手机存 储器的设计,一方面由于NAND Flash芯片由不同厂商生产制造,使用时需要根据每家公司产品的技术特性来重新设计主控制器,过去并没有技术能够通用所有厂商的NAND Flash芯片。另一方面每次NAND Flash工艺技术改朝换代,包括70nm演进至50nm,再演进至40nm或30nm制程技术,手机客户也都要重新设计,但开云棋牌官网在线客服产品每年制程技术都会 推陈出新,存储器问题也拖累手机新机种推出的速度,因此像eMMC这种把NAND Flash存储芯片和控制芯片都包在一颗芯片里的概念,逐渐在市场中流行开来。eMMC的推出大大加速了产品研发速度,手机客户只需要采购eMMC芯片, 放进新手机中,不需处理其它繁杂的NAND Flash兼容性和管理问题,最大优点是缩短新产品的上市周期和研发成本,加速产品更新换代速度。

   国际上生产NAND Flash存储芯片的主要厂商包括英特尔、三星、东芝、闪迪、镁光、海力士等,其最高等级的NAND Flash芯片主要供企业级SSD产品和军工产品使用,下一个等级的NAND Flash芯片供eMMC/eMCP产品和消费级SSD产品使用,较差等级的NAND Flash则供Micro-SD存储卡和USB Flash Drive产品使用。从NAND Flash品质上看,eMMC的性能是接近SSD产品的,某些eMMC内部还集成了Cache模块,这样就大大提高了eMMC的随机读写性能,eMMC芯 片所包含的主控芯片大部分由NAND Flash原厂开发,可以最大程度发挥其自家器件的性能,而U盘主控芯片通常由独立控制器芯片厂商进行开发,需要考虑不同生产厂商、不同工艺制程、不同闪 存类型器件兼容性问题,通常无法最大程度发挥NAND Flash芯片的性能。NAND Flash U盘主控芯片的这种劣势在USB2.0时代并不明显,因为对产品性能的要求不高,进入USB3.0时代后这种劣势就越发凸显。

  采用NS1081 USB3.0读卡器主控芯片加eMMC存储芯片的架构可以大大简化U盘主控芯片的设计复杂度并提供稳定高速的性能,由于生产eMMC芯片的厂商都是NAND Flash供货大厂,如三星、镁光、闪迪、海力士等,产品都是几大原厂给智能手机和平板电脑供货的高端产品,其品质和性能都是出类拔萃的,受惠于近年来智能手机和平板电脑出货量的爆发,存储器生产厂商都加大了eMMC产量,拥有很充足的货源保证,且eMMC容量和性能在逐步提高,成本在不断下降。

   在USB2.0时代也曾出现过采用读卡器方案的U盘产品,即用一颗读卡器主控芯片加一颗eMMC或tf卡做成的U盘,但这种方案不具备容量和性能的可扩 展性,U盘的性能被限制在一颗eMMC或tf卡的容量和性能,甚至被限制在USB2.0接口的性能。NS1081主控芯片的推出则完全解决了这一问题,其 USB3.0接口使主机端不再成为性能的瓶颈,同时其创新性的闪存卡RAID0操作方式,可以给客户提供最大的设计灵活性,U盘生产厂商可以根据目标市场 的需求和拥有的eMMC资源来决定U盘最终的设计方案,由于NS1081支持4通道4bit或者双通道8bit闪存卡速度和容量叠加,使客户可以非常灵活 的利用手中资源以满足不同目标市场对于U盘容量和性能的要求。

后记

  在我们的评测中,这款威宝USB3.0高速U盘具有非常不俗的性能,完全达到了中高端USB3.0 U盘的级别,这主要归功于其采用的NS1081主控芯片。

   这颗NS1081主控芯片由天津瑞发科开云棋牌官网在线客服公司设计,这是一家在U盘主控领域的新公司,笔者处于好奇,在百度上搜索了一下,其公司主页上有如下信息 “天津瑞发科开云棋牌官网在线客服技术有限公司成立于2009年,由多名归国硅谷开云棋牌官网在线客服技术专家和本土资深开云棋牌官网在线客服营销行家创立,在发展过程中获得了君联资本(原联想投 资)、赛富投资基金、联想之星等全球著名产业风险投资基金支持。公司位于天津华苑高新区,并在深圳设有销售和客户支持办公室。”看来这是一家初创不久的芯 片设计公司,但投资者却是业内知名的土豪级大VC。除了NS1081 USB3.0 U盘主控芯片外,其产品还包括NS1066/NS1066X和NS1068/NS1068X USB3.0-SATA2/3 桥接控制器芯片,公司的每一款USB3.0芯片都通过了USB-IF官方认证和微软WHQL认证(早在2013年初就拿到了第一个认证,并且目前在大陆半 导体公司中还是唯一一家),其USB3.0芯片都已在联想、东芝等品牌大厂量产了。这还真是一个名不见经传的设计公司,行事风格很低调,但其产品和客户却 并不低端。

  如前文所述,基于eMMC存储芯片的USB3.0 U盘可以说是U盘中的高大上产品,因其采用的eMMC芯片和其中的NAND Flash芯片均由国际知名大厂生产,性能出众,而在国内这种eMMC芯片资源则掌握在如江波龙(Netcom)、佰维(Biwin)等少数一线模组存储 大厂的手中,不过其产品则以外销品牌如威宝(Verbatim)等为主,在国内市场刚刚开始出现,对于终端用户还有一个认识接受的过程。

其它

   从上文的性能评测中我们可以看到,基于eMMC存储芯片的USB3.0 U盘相较于普通基于NAND Flash芯片的USB3.0 U盘的一个重要优势是其4K随机访问速度明显更快,利用这一特点,U盘玩家可以使用基于eMMC存储芯片的USB3.0 U盘来制作win to go。所谓win to go就是可以在U盘上运行的Windows8系统,并且可以在不同的电脑硬件上运行,相当于用户能够随身携带自己的专属系统到其他的PC上进行工作,这个 功能在当今办公移动化、系统个性化和用户数据安全化的大背景下越来越受到欢迎。由于win to go使用的是U盘作为存储媒介,所以性能瓶颈是在U盘的读写速度上,win to go应用强烈建议使用 USB3.0 的设备,并且对U盘的随机访问性能有较高的要求,否则当数据传输速率较大时画面可能会出现停滞和卡机的现象,从而影响用户体验。

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