在近日的小米14系列發(fā)布會上，雷軍公布了名為“Xiaomi Ultra Space存儲擴(kuò)容”技術(shù)。

小米在研發(fā)澎湃OS的時候做了大量底層重構(gòu)，發(fā)現(xiàn)以往存儲芯片額外預(yù)留空間非常大，256GB中至少還有額外10GB空間浪費。小米工程師希望重寫系統(tǒng)固件，魔改產(chǎn)品將這部分空間省出來，在和供應(yīng)商一同驗證之后，采用了這個方案。

最終小米14/小米14 Pro的16+512GB版本可以多出16GB空間，小米14 Pro的8+256GB版也可以多出8GB空間。

對于這項技術(shù)，有些網(wǎng)友持反對態(tài)度，觀點主要集中在以下幾個方面：

1、OP（預(yù)留空間）一直存在，雖然對于普通消費者不可見，但對于開發(fā)者來說改變OP大小并不是很困難的技術(shù)，小米這樣改變OP大小的“技術(shù)升級”算不上“技術(shù)革新”。

2、減小OP空間會影響閃存壽命。

3、無論是256GB多8GB還是512GB多16GB提升都不大。

那么這項技術(shù)究竟怎么樣呢？


小米如何魔改存儲芯片？

一塊標(biāo)稱256GB的手機(jī)存儲，實際的真實空間其實超過了275GB。其中93.1%的空間是用戶真實可使用的，剩下的6.9%被稱為Over Provision ，簡稱OP，是存儲器內(nèi)部管理占用的空間。

工程師們開始思考，如果能在不影響手機(jī)性能的前提下，從OP區(qū)域爭取一部分空間給用戶，那么用戶就能有更多的空間來存儲他們的照片、視頻和應(yīng)用了。于是，小米開始了嘗試。

小米與存儲器廠商進(jìn)行了緊密的協(xié)作。首先，小米修改了空間管理策略，將OP區(qū)占用的空間從6.9%壓縮至約3%。這個過程需要深入了解存儲器的工作原理，以確保在壓縮OP區(qū)空間的同時，不會影響到存儲器的性能和壽命。在多次的測試和優(yōu)化后，小米找到了一個理想的平衡點。

簡單總結(jié)一下就是：小米確實是通過修改OP的大小來獲得額外的容量。不過與此同時，小米還通過軟件、固件方面的優(yōu)化保障了壽命和性能。


最關(guān)鍵的壽命問題

相信很多數(shù)碼愛好者都知道，對于存儲產(chǎn)品來說，縮減OP大小很可能會影響產(chǎn)品的壽命。特別是對于手機(jī)這類數(shù)碼產(chǎn)品來說，保修期一般只有1年。因此很多網(wǎng)友會擔(dān)心小米這樣魔改存儲芯片會導(dǎo)致手機(jī)“計劃性報廢”（剛過保修期手機(jī)就壞掉的情況）。

對此，小米手機(jī)系統(tǒng)軟件部總監(jiān)張國全在微博上發(fā)布了長文解釋了相關(guān)問題。張國全表示:“按照目前重度用戶的模型來評估,在每天寫入40GB數(shù)據(jù)的條件下, 256GB的擴(kuò)容芯片依然可以保證超過10年, 512GB可以超過20年,請大家放心?！?/span>

如果按照這個數(shù)據(jù)推算的話256GB的擴(kuò)容芯片壽命大概是142.6 TBW，512GB的擴(kuò)容芯片壽命大概是285.2TBW。我們可以找一些市面上比較主流的固態(tài)硬盤壽命進(jìn)行一下粗略對比：

在512GB這個檔位上，致態(tài)TiPlus7100 512GB版耐用等級為300TBW，西部數(shù)據(jù)WD_BLACK SN770 500GB版耐用等級為300TBW，Solidigm P44 Pro 512GB版耐用等級為500TBW，三星980 PRO 500GB版耐用等級為300TBW，致態(tài)Ti600 500GB版（該固態(tài)硬盤為QLC顆粒，其它對照樣本均為TLC）耐用等級為200TBW。

也就是說小米魔改的512GB擴(kuò)容芯片壽命上僅僅比主流TLC固態(tài)硬盤略低一點，但明顯強(qiáng)于QLC固態(tài)硬盤。并且一般固態(tài)硬盤往往都擁有5年的質(zhì)保，而很多消費者往往會5年之內(nèi)更換一次手機(jī)。因此按著這個壽命數(shù)據(jù)來看，普通消費者并不用太擔(dān)心“擴(kuò)容芯片”的壽命問題。


層數(shù)決定空間大??？

由于存儲芯片具有高度標(biāo)準(zhǔn)化的特性，并且品種單一，因此較難實現(xiàn)產(chǎn)品的差異化。這導(dǎo)致各廠商需要集中在工藝技術(shù)和生產(chǎn)規(guī)模上比拼競爭力。

在工藝上，雖然存儲芯片的制程路線與邏輯電路的路線不太一樣，但是同樣面臨著摩爾定律趨近極限的瓶頸，甚至比邏輯電路來的更早一些。

目前，存儲芯片制程發(fā)展到1x，1y，1z（20nm-10nm之間），階段很難再進(jìn)一步縮小，因為隨著制程工藝的提高，在到達(dá)一定水平之后，存儲芯片的穩(wěn)定性會下降，而業(yè)界一般認(rèn)為10nm是臨界點。

就主要存儲芯片產(chǎn)業(yè)而言，DRAM目前還在1x、1y水平，且有望在2020年進(jìn)入1z階段。NAND Flash制程已經(jīng)達(dá)到極限，目前，廠商們另辟蹊徑從2D轉(zhuǎn)向3D發(fā)展，目的是通過增加芯片的堆疊層數(shù)來獲得更大的存儲容量，而堆疊層數(shù)增加意味著光刻次數(shù)也隨之增加。

從個別廠商來看，全球DRAM市場領(lǐng)軍企業(yè)，三星、美光、SK海力士已進(jìn)入10nm制程領(lǐng)域，實現(xiàn)1Xnm級工藝，尤其美光已率先量產(chǎn)了1Znm級產(chǎn)品。而目前我國兆易創(chuàng)新正在研發(fā)1Xnm級工藝制程下的DRAM技術(shù)。

NAND Flash在國際上的通用主流為64層的3D NAND Flash。

近年來，三星、東芝、西部數(shù)據(jù)、美光以及Intel均從64層跳過72層達(dá)到了96層，其中三星、東芝/西部數(shù)據(jù)預(yù)計制程技術(shù)在2020年將達(dá)到128層或以上。而SK海力士則從48層跳過了64層達(dá)到72層，預(yù)計2020年將達(dá)到96層。

對于我國來講，在NAND Flash領(lǐng)域與全球巨頭們的制程技術(shù)相比還有不小差距。但長江存儲已經(jīng)在2019年第三季度推出了64層的閃存芯片，并實現(xiàn)了量產(chǎn)，趕上國際通用主流。并且在后續(xù)，長江存儲本已計劃跳過72層、92/96層，直接開發(fā)128層的閃存產(chǎn)品，也在今年4月份宣告成功。

存儲芯片性能

有多種可用的存儲芯片技術(shù)，每種技術(shù)都有不同的工作性能特征。 存儲芯片的兩個主要類別是易失性和非易失性存儲器。 這些類別中最常見的類型包括：

a、 動態(tài)隨機(jī)存取存儲器 (DRAM)：一種易失性存儲器技術(shù)，通常用作計算機(jī)和服務(wù)器等設(shè)備的主系統(tǒng)存儲器。 DRAM 單元將數(shù)據(jù)存儲為電荷，需要定期刷新以保留信息。 DRAM 提供高速數(shù)據(jù)訪問，但與其他內(nèi)存類型相比消耗更多電量。

b、 靜態(tài)隨機(jī)存取存儲器 (SRAM)：一種易失性存儲器技術(shù)，可提供快速的數(shù)據(jù)存取時間，且功耗比 DRAM 更低，但制造成本更高。 SRAM 通常用作微處理器以及其他高速、低功耗應(yīng)用中的高速緩存。

c、NAND 閃存：一種非易失性存儲技術(shù)，即使斷電也能保留數(shù)據(jù)。 NAND Flash因其存儲密度高、每比特成本低、讀寫速度快等特點，廣泛應(yīng)用于固態(tài)硬盤（SSD）、USB硬盤、存儲卡等存儲設(shè)備。


存儲芯片的關(guān)鍵指標(biāo)

在評估存儲芯片性能時，應(yīng)考慮幾個指標(biāo)以滿足工程師的需求。 這些關(guān)鍵績效指標(biāo)包括：

a、 訪問時間：指從存儲芯片訪問和檢索數(shù)據(jù)所需的時間。 較低的訪問時間代表較高的速度性能，對于需要快速數(shù)據(jù)檢索的應(yīng)用程序（例如計算、游戲和實時系統(tǒng)）至關(guān)重要。

b、 延遲：內(nèi)存訪問請求和實際數(shù)據(jù)傳輸之間的延遲。 較低的延遲有助于提高系統(tǒng)性能，特別是對于對延遲敏感的應(yīng)用程序，例如實時系統(tǒng)和高性能計算。

c、讀/寫速度：代表存儲芯片的數(shù)據(jù)傳輸速率。 更高的讀寫速度可實現(xiàn)更快的數(shù)據(jù)處理，對于數(shù)據(jù)存儲、多媒體和數(shù)據(jù)流等應(yīng)用至關(guān)重要。

d、容量：指存儲芯片可以存儲的數(shù)據(jù)量。 更大的容量可以存儲和處理更多數(shù)據(jù)，這對于多媒體、數(shù)據(jù)庫管理和大數(shù)據(jù)分析等存儲密集型應(yīng)用程序尤其重要。

e、功耗：存儲芯片運(yùn)行期間消耗的電量。 較低的功耗在任何應(yīng)用中都是有利的，特別是對于便攜式設(shè)備、電池供電的系統(tǒng)和節(jié)能設(shè)計。

f、 耐久性：存儲芯片在性能下降之前可以承受的讀/寫周期數(shù)。 高耐用性對于寫入密集型應(yīng)用（例如 SSD 和其他存儲設(shè)備）中使用的存儲芯片至關(guān)重要。

g、 糾錯碼 (ECC)：存儲芯片可能包含 ECC 功能，可以檢測并糾正由噪聲、信號衰減或其他因素導(dǎo)致的數(shù)據(jù)錯誤。 ECC 對于高可靠性應(yīng)用至關(guān)重要，例如航空航天、醫(yī)療設(shè)備和關(guān)鍵任務(wù)系統(tǒng)。

存儲芯片的性能對電子系統(tǒng)的整體性能起著重要作用。 工程師必須仔細(xì)考慮訪問時間、延遲、讀/寫速度、容量、功耗、耐用性和 ECC 等多項性能指標(biāo)，以確保選擇合適的存儲芯片并優(yōu)化不同應(yīng)用中的系統(tǒng)性能。 通過了解并考慮這些因素，工程師可以在設(shè)計穩(wěn)健、高效和高性能的設(shè)備和系統(tǒng)時做出明智的決策。