eMMC, UFS e SSD: quali sono le differenze

Quando si parla di dispositivi mobili come smartphone e tablet, tra le specifiche si leggono sempre le sigle eMMC e UFS con riferimento alla memoria interna del dispositivo. Quali sono le differenze tra queste tipologie di memoria e le unità SSD?

Cosa sono eMMC e UFS

Le memorie eMMC (Embedded MultiMediaCard) e UFS (Universal Flash Storage) hanno diverse cose in comune con gli SSD: in tutti i casi vengono utilizzati chip di memoria flash NAND che non richiedono alimentazione per conservare i dati.

Nel caso delle memorie eMMC l’aggettivo embedded si riferisce al fatto che la memoria è saldata direttamente sul circuito integrato presente all’interno del dispositivo, ad esempio sulla scheda madre.
Lo storage eMMC veniva principalmente utilizzato negli smartphone così come su alcuni tablet e convertibili economici. È utilizzato ancora oggi sui prodotti a più basso costo perché in quelli più performanti si utilizzano memorie UFS, decisamente più performanti.

Sia eMMC che UFS sono standard che sono maturati nel corso del tempo tanto che ne sono state via via rilasciate più versioni. Nel caso di eMMC quella più aggiornata è la v5.1A che sulla carta può trasferire dati fino a 400 MB/s; neppure così male se paragoniamo questo valore con le prestazioni di un SSD.

Non è solo la velocità di trasferimento dati di picco che determina le prestazioni di un dispositivo in fase di lettura e scrittura: confrontati con un’unità SSD i chip eMMC usano meno gate di memoria: ciò significa che le memorie eMMC non possono muovere contemporaneamente lo stesso volume di dati.

Laptop e tablet economici utilizzano storage interno eMMC (funzionano meglio con file di piccole dimensioni) a 32 o 64 GB ma è possibile trovare anche modelli con 128 o 256 GB. Da considerare che i “tagli” da 32 e 64 GB cominciano ad andare stretti già per uno smartphone, figuriamoci per dispositivi come tablet, 2-in-1, convertibili e piccoli notebook.

Molto più performanti rispetto alle memorie eMMC, i chip flash UFS vengono sempre più spesso utilizzati anche nei dispositivi di fascia media.
L’iterazione più recente di UFS è UFS 3.1 ma i primi smartphone basati su UFS 4.0 dovrebbero arrivare sul mercato tra fine 2022 e inizio 2023.

Confronto tra UFS e eMMC in termini di prestazioni e caratteristiche

UFS 3.0 permette di arrivare fino a 2.100 MB/s nelle operazioni di lettura sequenziali mentre scrive i dati a una velocità di 410 MB/s.
Confrontando con eMMC 5.1, si ha un aumento di 6 volte delle prestazioni in lettura random 4K e di 8,5 volte nelle letture sequenziali. UFS 3.0 assicura una velocità di trasferimento dati di picco pari a circa 23 Gbps tenendo presente che si tratta di prestazioni “teoriche” che possono discostarsi, spesso di molto, rispetto ai valori rilevati all’atto pratico.

UFS 3.1 è stato presentato a gennaio 2020 insieme con le sue specifiche da parte del JEDEC, organismo di standardizzazione dei semiconduttori della Electronic Industries Alliance.
L’idea principale alla base di UFS è quella di fornire memoria flash con alta velocità di trasferimento dati, elevata affidabilità e basso consumo energetico.
A differenza di eMMC, UFS si basa sul modello dell’architettura SCSI e supporta SCSI Tagged Command Queuing che consente al sistema operativo di inviare e gestire simultaneamente più richieste di lettura e scrittura.
Mentre eMMC ha un’interfaccia half-duplex che consente solo la lettura o la scrittura, UFS utilizza un’interfaccia full-duplex che consente operazioni di lettura e scrittura contemporanee (i percorsi di lettura e scrittura sono separati grazie all’utilizzo di un’interfaccia seriale LVDS, Low-Voltage Differential Signaling).

Fonte dell’immagine: Samsung

Inoltre, mentre eMMC deve necessariamente attendere il completamento di un processo prima di passare all’attività successiva, UFS implementa una command queue che ordina in modo efficace l’esecuzione di tutte le operazioni e dei comandi. Ciò significa che più comandi possono essere eseguiti assieme e l’ordine delle attività può essere modificato e prioritizzato in tempo reale anche sulla base dei carichi di lavoro.

UFS promette quindi un multitasking senza interruzioni, consentendo di guardare video di alta qualità, usare applicazioni che necessitano di un’ampia larghezza di banda ed eseguire ancora più processi in background senza rallentamenti osservabili. Questo vale anche per le applicazioni in ambito automotive dove la larghezza di banda della memoria sta diventando un fattore limitante a causa dell’aumento del numero di telecamere e sensori.

UFS 4.0, lo standard JEDEC più avanzato, offre velocità di lettura e scrittura sequenziale per supportare lo streaming live e le applicazioni di realtà aumentata con i dispositivi mobili e i sistemi portatili.
I dispositivi equipaggiati con memorie UFS 4.0 possono beneficiare di una larghezza di banda che può arrivare fino a 4800 MB/s.

Come nel caso degli SSD, grazie alla tecnologia Deep Sleep le memorie UFS 3.1 e 4.0 possono passare a uno “stato dormiente” in modo da ridurre i consumi energetici ed estendere l’autonomia della batteria quando il dispositivo non fosse in uso.

Il fatto che le memorie eMMC e UFS siano integrate sui circuiti stampanti significa che nulla, dopo l’acquisto, può essere sostituito come invece si può fare nel caso delle unità SSD: molti notebook e PC desktop dispongono infatti di uno slot M.2 facilmente accessibile.
Le unità SSD M.2 sono disponibili in vari formati con il produttore della scheda madre che stabilisce quali modelli è possibile accogliere.
Accanto alla sigla M.2, nel caso degli SSD, viene riportato un numero di quattro o cinque cifre (2230, 2242, 2260, 2280 oppure 22110).
Le prime due cifre specificano la larghezza del modulo SSD in millimetri (22 mm) mentre le successive due o tre la sua lunghezza (30, 42, 60, 80 oppure 110 mm). Gigabyte ha recentemente parlato anche dell’arrivo di un formato più grande: M.2 25110 Gen. 5.

Come abbiamo visto nell’articolo dedicato agli SSD PCIe NVMe quelli basati su interfaccia PCIe 3.0 possono trasferire dati fino a 3.500 MB/s e 3.300 MB/s in lettura e scrittura; fino a 7.000 MB/s e 5.000 MB/s rispettivamente in lettura e scrittura con PCIe 4.0 usando schede madri con chipset e processori compatibili.
Con l’interfaccia PCIe 5.0 le prestazioni vengono più o meno raddoppiate rispetto alla generazione precedente. In un altro articolo abbiamo visto le specifiche dello standard PCIe 5.0.

Mentre le memorie eMMC sono notevolmente più lente rispetto allo storage UFS, questi ultimi chip – soprattutto nelle versioni più moderne – possono dare filo da torcere alle unità SSD più performanti.
Kioxia, uno dei produttori più famosi (ex Toshiba), mette in evidenza come le sue più recenti memorie UFS che fanno uso del protocollo di livello fisico M-PHY 5.0 di MIPI siano in grado di garantire prestazioni confrontabili con quelle degli SSD PCIe 4.0 entry-level.
Se utilizzate con un SoC dotato di controller UFS appropriato (supporto HS-G5), le nuove memorie UFS Kioxia promettono una velocità di lettura sequenziale fino a 4,4 GB/s (un aumento del 90% rispetto all’attuale top di gamma Kioxia parlando di chip UFS) nonché una velocità di scrittura sequenziale fino al 70% superiore.
I primi dispositivi dotati di archiviazione UFS M-PHY 5.0 di prossima generazione dovrebbero arrivare sul mercato nel corso del 2023.

In termini di affidabilità e durata nel tempo, lo storage eMMC è quello che certamente brilla di meno ma è difficile che un dispositivo diventi inutilizzabile per un problema a livello di memoria prima che abbia ormai superato il suo normale ciclo di vita.