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存储器优化移动用户体验

Gadi Ben-Gad?? SanDisk公司嵌入式存储产品部产品营销经理?? 2013年04月10日 ?? 收藏0
在当今包含了多种硬件的现代化智能手机平板电脑中,看似普通的高容量嵌入式闪存器件却有可能对移动用户的体验产生巨大影响。这类动辄需要额外花费数百美元的精巧部件决定了移动设备上传和下载文件所需要的时间,还有可能影响应用程序启动、网络浏览和游戏的响应速度。然而,在处理器等其他关键板上元器件的重要性能参数唾手可得的情况下,有关嵌入式存储器件的类似信息却并不总是为人所知。

近年来,e.MMC(嵌入式多媒体存储卡)器件已成为移动智能手机和平板电脑设计的首选嵌入式移动存储器件,并且在电子书阅读器、导航设备、摄像头等众多消费电子设备中也日渐普及。e.MMC器件是一种芯片式的小型嵌入式存储器件,由NAND(与非)闪存、嵌入式闪存管理控制器和固件构成,并采用了标准接口(图1)。JEDEC(固态技术协会)e.MMC标准以高端移动功能集为重点,对e.MMC器件的物理、电气和接口属性进行全面管理。其中包括功耗受限型高速总线支持、高级安全功能以及启动和关键系统代码分区等。e.MMC器件属于自我管理式系统解决方案,旨在为移动主机分担日益复杂的闪存管理任务,简化集成设计,并充分利用目前最具成本效益的闪存技术。

存储器优化移动用户体验

作为专门针对移动应用而设计的嵌入式器件,e.MMC可与应用处理器高度集成,在高级移动操作系统(如谷歌的Android和Windows 7)的时代,这点显得至关重要。超级手机等高端移动设备对嵌入式存储器的选择几乎会影响到移动用户体验的各个方面:性能、平台、功耗、封装和价格。虽然e.MMC器件都达到了标准规范,但是它们在移动设备中的表现好坏在很大程度上还取决于其设计方式,与主机的集成度以及针对现有应用的定制是否合理。

性能

移动NAND闪存式存储器件(如microSD卡或e.MMC嵌入式解决方案)的读写性能一般以MB/s为单位,这一性能也被称为序列性能。在侧载(side-load)的情况下,这点非常重要,比如将存储器件与大型多媒体文件互相同步。e.MMC器件的性能因制造商而异,例如,iNAND Extreme e.MMC器件具有杰出的序列性能,写入速度最高可达50MB/s,读取速度最高可达80MB/s(图2)。

存储器优化移动用户体验

有时人们常常忽视性能的另一个方面,那就是在考虑高级移动操作系统和应用程序时具有重要意义的随机性能。随机性能一般以IOPS(每秒输入/输出操作次数)为单位,体现的是存储器件对极小数据包(一般为4KB-8KB)读写操作的处理能力,这种操作在移动操作系统、文件系统和应用程序后台被经常和反复执行。存储器件对应用程序存取操作的反应速度会影响应用程序的启动时间,网络浏览和电子邮件等应用的响应速度,甚至器件的“瞬时启动”功能。

在NAND存储器件中实现高速的随机性能并非易事,因为原始NAND器件的最小写操作包(页大小)通常会随着闪存技术的发展增加,而性能则会下降。有多种不同的方法可以使最小可读/写包大小与物理NAND页大小脱离关系,以提高随机性能。例如,通过在MLC NAND芯片上植入一种强大的缓存机制,iNAND e.MMC器件最高可以实现300IOPS写和2000IOPS读(4KB)的随机性能。这个类似SLC的指定托管区具有极高的随机性能和卓越的耐用性,实际上充当着由操作系统和应用程序驱动的重复性小数据操作的“暂存区”。

平台

随着移动技术和应用的不断发展,原始序列性能尤其是随机性能显得越来越重要,但与此同时还要注意处理器、存储器件、操作系统、文件系统以及应用程序之间的集成性能。过去,闪存式存储器件一般仅由一种应用程序访问(例如,个人媒体播放器中的音乐文件或相机中的静态图像等),因而可以针对这种操作专门进行优化。然而,在众多应用进入当今高级智能手机和平板电脑的情况下,访问嵌入式存储器件的应用程序不断增多并且要求也各不相同,甚至有时还相互冲突(比如,高清或3D高清录像应用要求具有恒定的高速序列比特率,而电子邮件应用则要求高速的随机性能)。

与此同时,移动操作系统中更先进的多任务功能也呈增长之势,这意味着这些应用程序在某些情况下可能会同时访问存储器件。因此,由于存储器件在一段时间内一般只能处理一种操作,仅仅只有高序列性能和随机性能还不足以为低延迟和灵敏的多任务处理提供保障。移动应用程序也可能在访问操作系统、文件系统和e.MMC驱动器的方式上存在巨大差异。如果未能充分预见并采取有效措施,器件的使用情况可能会对移动应用程序的响应过程造成极大影响(例如,在高清录像应用程序写入大序列包时,电子邮件应用程序执行的小随机写操作就会导致临时中断)。如果无法适应应用程序的操作,还会影响到存储器件的使用寿命,因为随着时间的增加,无效率的写模式会影响存储器件的耐用性。

随着移动应用程序的不断发展和融合,能否深入了解移动应用程序访问存储器件的方式,日益成为改进存储器件和提高智能手机和平板设备性能的关键。在存储器件层面,通过深入研究现实移动应用程序对存储器件的访问模式,有利于优化存储器件的设计。在移动设备层面,深入了解应用程序对存储器件的影响方式,有利于提高主处理器、操作系统和存储器件之间的集成度(图3)。同时,还有助于在设计阶段将存储器件访问的低效问题隔离开来并进行相应的补救,从而实现性能优化。这在竞争激烈的手机和平板电脑市场上显得尤其重要。在多种竞争设备采用类似的外观、参数、屏幕尺寸和操作系统的背景下,许多产品的研究结果表明,能够提供杰出的用户体验才是关键因素。

存储器优化移动用户体验

图3:为实现良好的用户体验,需要不断提高处理器、存储器件、操作系统和应用程序之间的集成度。

SanDisk公司采用了一种基于应用的设计方法,利用先进的分析工具来模拟现实移动应用程序对存储器件的影响。在此基础上,SanDisk不仅针对主处理器和操作系统,还针对运行于特定移动设备上的各种应用程序对iNAND e.MMC进行了定制。此外,SanDisk还与大型的移动原始设备制造商(OEM)、芯片组和操作系统设计人员密切合作,确保实现软、硬件的高度集成,从而优化性能、系统响应速度、存储器件的使用寿命以及功耗水平。

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移动设备? 存储器性能? Android?

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