UFS 3: Das ver­birgt sich hin­ter dem schnel­len Speicher

Geht es um digi­ta­len Spei­cher, kocht so man­cher Her­stel­ler sein eige­nes Süpp­chen. Kein Wun­der, wol­len die Unter­neh­men doch immer ein klei­nes biss­chen mehr bie­ten als der Rest. Unter­schied­li­che Stan­dards sor­gen aber eher für Ver­wir­rung und benö­ti­gen eine auf­wen­di­ge, indi­vi­du­el­le Ent­wick­lung. Mit dem Uni­ver­sal Flash Sto­rage (UFS) soll sich das ändern. Mitt­ler­wei­le gibt es den in der drit­ten Gene­ra­ti­on. Was genau der Spei­cher kann, wo er zum Ein­satz kommt und wo die Unter­schie­de zu ande­ren Spei­cher­ar­ten lie­gen, erfährst du hier.

Wie oben schon beschrie­ben, steht die Abkür­zung UFS für „Uni­ver­sal Flash Sto­rage“ – also zu deutsch „uni­ver­sel­ler Flash-Spei­cher“. Grund­sätz­lich kommt Flash-Spei­cher heu­te in zahl­rei­chen Sys­te­men zum Ein­satz. Die Tech­nik beschreibt digi­ta­le Spei­cher­bau­stei­ne, die eine nicht­flüch­ti­ge Spei­che­rung ermög­li­chen. Was zunächst kom­pli­ziert klingt, ist rela­tiv ein­fach erklärt. Ein digi­ta­ler Spei­cher sichert Daten nicht abtast­bar, etwa in Form einer Dis­ket­te oder CD, son­dern in Zah­len­rei­hen. „Nicht­flüch­tig“ bedeu­tet, dass die Daten auch dann erhal­ten blei­ben, wenn das damit aus­ge­stat­te­te Gerät nicht in Betrieb oder mit Strom ver­sorgt ist. Ein gutes Bei­spiel für sol­chen Spei­cher ist etwa ein USB-Stick, der ja schließ­lich auch ohne Anschluss an einen Rech­ner, das Strom­netz und ohne eine Bat­te­rie dei­ne Daten digi­tal sichert.

Flash-Spei­cher ist aller­dings nicht gleich Flash-Spei­cher, denn es gibt unter­schied­lichs­te Bau­ar­ten und Stan­dards. Genau sol­che Unter­schie­de sind in der Tech­nik-Welt aber immer wie­der ein Pro­blem. In ers­ter Linie geht es dabei um die Ent­wick­lung. For­schen meh­re­re Her­stel­ler an der Ver­bes­se­rung unter­schied­li­cher Tech­no­lo­gien, sorgt das am Ende für einen lang­sa­me­ren Fort­schritt und hohe indi­vi­du­el­le Kos­ten. Des­halb stre­ben gro­ße Unter­neh­men nicht sel­ten gemein­sa­me Stan­dards an. Hier tei­len sie sich die Kos­ten und kom­men durch die gesam­mel­te Exper­ti­se auch schnel­ler vor­an. Aus die­sem Gedan­ken ent­stand schließ­lich auch UFS: Unter der Lei­tung der JEDEC Solid Sta­te Tech­no­lo­gy Asso­cia­ti­on, frü­her „Joint Elec­tron Device Engi­nee­ring Coun­cil“, schlos­sen sich Nokia, Micron Tech­no­lo­gy, Sam­sung, Sony Erics­son, Span­si­on, STMi­croele­tro­nics und Texas Instru­ments zusam­men, um einen uni­ver­sel­len Stan­dard zu entwickeln.

Bereits im Jahr 2011 ent­stand des­sen ers­te markt­rei­fe Ver­si­on. Zunächst ging es nur um den Spei­cher selbst, der fest ver­baut vor allem in Mobil­ge­rä­ten wie Smart­phones, Tablets, Note­books, Digi­tal­ka­me­ras und mehr zum Ein­satz kommt. Fünf Jah­re spä­ter erreich­te auch eine Spei­cher­kar­te den Markt. Sie ähnelt einer microSD-Kar­te, mit Aus­ker­bun­gen in For­men einer Haiflos­se und eines Buckels. Den Durch­bruch haben die UFS-Spei­cher­kar­ten, zumin­dest außer­halb des Sam­sung-Kos­mos, aber bis­her noch nicht so rich­tig geschafft.

Eine immer grö­ße­re Rol­le spielt UFS als inte­grier­ter Spei­cher „embedded UFS“ (eUFS). Gera­de Smart­phones sol­len davon pro­fi­tie­ren. Denn: UFS ermög­licht gleich­zei­ti­ges Lesen und Schrei­ben von Daten mit hohen Geschwin­dig­kei­ten bei gerin­gem Ener­gie­ver­brauch. Die Spe­zi­fi­ka­tio­nen der drit­ten Gene­ra­ti­on, also Ver­si­on UFS 3.0, hat JEDEC Anfang 2018 ver­öf­fent­licht. Dem­nach soll der Stan­dard in ers­ter Linie höhe­re Daten­ra­ten von bis zu 11,6 Giga­bit pro Sekun­de (Gbit/s) errei­chen. Umge­rech­net sind das 1.450 Mega­byte pro Sekun­de (MB/s). Das gelingt etwa durch die Inte­gra­ti­on einer Schnitt­stel­le der Mobi­le Indus­try Pro­ces­sor Infer­face Alli­ance (MIPI). In der Pra­xis schafft der Spei­cher sol­che Wer­te aber nur beim Lesen. Im Schreib-Modus kommt bei­spiels­wei­se der eUFS-Spei­cher von Sam­sung auf rund 410 MB/s. Vie­le wei­te­re Ver­bes­se­run­gen sol­len hin­ge­gen dafür sor­gen, dass der UFS 3.0 noch uni­ver­sel­ler kom­pa­ti­bel ist und etwa bes­ser mit unter­schied­li­chen Tem­pe­ra­tu­ren umge­hen kann.

Die Ver­si­on 3.1 ist eine ers­te Ver­bes­se­rung der aktu­el­len Gene­ra­ti­on. Sie steht seit Anfang 2020 zur Ver­fü­gung und bringt drei grund­le­gen­de Neue­run­gen mit:

Wri­te Boos­ter: Dahin­ter steckt eine Tech­nik, die etwa auch bei SSDs zum Ein­satz kommt. Sie ermög­licht in der Theo­rie eine zeit­wei­li­ge Erhö­hung der Datenrate.

DeepS­leep: Ein Ener­gie­spar­mo­dus, der gera­de Gerä­ten hel­fen soll, in denen sich der Spei­cher die Ener­gie­zu­fuhr mit vie­len ande­ren Kom­po­nen­ten tei­len muss.

Per­for­mance Thrott­ling Noti­fi­ca­ti­on: Der Spei­cher kann mel­den, wenn die Geschwin­dig­keit durch zu hohe Tem­pe­ra­tu­ren gedros­selt ist.

Natür­lich klingt gera­de die erhöh­te Geschwin­dig­keit durch den Wri­te Boos­ter bei UFS 3.1 inter­es­sant. Details dazu hat JEDEC aller­dings nicht genannt. Wel­chen Schub die Tech­nik der Per­for­mance ver­lei­hen kann, zeig­te dann erst Sam­sung. Das Unter­neh­men stell­te im März 2020 sei­nen eUFS-Spei­cher der Ver­si­on 3.1 vor. Der kommt mit dem Wri­te Boos­ter auf bis zu 1.200 MB/s beim Schrei­ben. Das ent­spricht in etwa der drei­fa­chen Geschwin­dig­keit von eUFS 3.0.

UFS ist gera­de für Gerä­te inter­es­sant, die Spei­cher mit einer gerin­gen Bau­grö­ße, mög­lichst hohen Geschwin­dig­kei­ten und einem nied­ri­gen Ver­brauch benö­ti­gen. Da ver­wun­dert es kaum, dass er bevor­zugt in Smart­phones Anwen­dung fin­det. Das ers­te mit der Tech­nik aus­ge­stat­te­te Gerät die­ser Art war das Sam­sung Gala­xy S6. Seit­dem setzt Sam­sung auf UFS und ver­baut die aktu­el­le Ver­si­on auch in sei­ner S21-Rei­he. Auch One­Plus ver­wen­det den Spei­cher in sei­nen Han­dys, ange­fan­gen mit den Gerä­ten One­Plus 7 und One­Plus 7 Pro.

UFS-Spei­cher­kar­ten las­sen sich etwa in man­chen Note­books von Sam­sung nut­zen und erwei­tern so den inter­nen Spei­cher. Exper­ten spe­ku­lier­ten vor der Vor­stel­lung der S21-Rei­he, dass die­se Mög­lich­keit viel­leicht auch dort bestehen könn­te. Doch das Gala­xy S21, S21 Plus und S21 Ultra ver­zich­ten sogar kom­plett auf einen Slot für Speicherkarten.

Aktu­ell exis­tie­ren, gera­de auf dem Smart­phone-Markt, drei kon­kur­rie­ren­de Arten von inter­nen Spei­cher-Stan­dards. Da wäre eUFS 3.1, die „embedded Mul­ti­Me­dia Card“ (eMMC) 5.1 und „Non-Vola­ti­le Memo­ry Express“ (NVMe). Zwar gibt es auf dem Markt unzäh­li­ge Gerä­te, aller­dings lässt sich die Ver­tei­lung grob wie folgt erklären:

• eUFS 3.1 nut­zen in ers­ter Linie aktu­el­le Smart­phones von Sam­sung und OnePlus,
• eMMC 5.1 nut­zen sehr vie­le Smart­phones, gera­de der nied­ri­gen und mitt­le­ren Preisklasse,
• NVMe nut­zen die iPho­nes von Apple.

Natür­lich fin­dest du UFS auch in Lap­tops, Tablets und mehr. NVMe ist heu­te auch häu­fig in Lap­tops und Rech­nern ver­baut oder nach­rüst­bar. Die bes­te Ver­gleich­bar­keit lässt sich aber eben über Smart­phones her­stel­len. Für dich dürf­te die Per­for­mance eine gro­ße Rol­le spie­len. Genau hier sind auch teils gro­ße Unter­schie­de zu erkennen:

IOPS = Ein- und Aus­ga­be­ope­ra­tio­nen pro Sekun­de. Das ist ein Stan­dard-Mess­wert dafür, wie schnell ein Spei­cher gemisch­te Auf­ga­ben (zufäl­li­ges Lesen/Schreiben) verrichtet.

Beden­ke bei der Tabel­le oben jedoch, dass sich die Wer­te für NVMe auf einen ent­spre­chen­den Spei­cher von Sam­sung mit 512 GB Kapa­zi­tät bezie­hen. Apple gibt die genau­en Wer­te für sei­ne Smart­phones nicht an.

Bei Spei­cher braucht es schnel­le Fort­schrit­te, um die immer kom­ple­xe­ren Auf­ga­ben in kur­zer Zeit bewäl­ti­gen zu kön­nen. Obwohl UFS 3.0 noch nicht wirk­lich alt ist, dürf­ten die Unter­neh­men im Hin­ter­grund bereits an UFS 4.0 arbei­ten. Vor­aus­sicht­lich im Jahr 2022 soll die neue Ver­si­on zur Ver­fü­gung ste­hen. Durch das Imple­men­tie­ren von neu­en Tech­no­lo­gien könn­ten Effi­zi­enz und Lang­le­big­keit wie­der einen Sprung nach vor­ne machen. Im Fokus ste­hen aber natür­lich höhe­re Geschwin­dig­kei­ten. Gerüch­ten zufol­ge springt die Daten­ra­te sogar auf maxi­mal 4.800 MB/s. Die tat­säch­li­chen Spe­zi­fi­ka­tio­nen gilt es aller­dings noch abzuwarten.