小米14魔改手機記憶體晶片遭質疑,一文科普修改OP背後的邏輯

在近日的小米14 系列發表會上,雷軍宣布了名為「Xiaomi Ultra Space 儲存擴容」技術。

小米在研發澎湃OS 的時候做了大量底層重構,發現以往記憶體晶片額外預留空間非常大,256GB 中至少還有額外 10GB 空間浪費。

小米14魔改手機記憶體晶片遭質疑,一文科普修改OP背後的邏輯

小米工程師希望重寫系統固件,魔改產品將這部分空間省出來,在和供應商一同驗證之後,採用了這個方案。 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。

對於這項技術,有些網友持反對態度,觀點主要集中在以下幾個面向:

1.OP(預留空間)一直存在,雖然對於普通消費者不可見,但對於開發者來說改變OP 大小並不是很困難的技術,小米這樣改變OP 大小的「技術升級」算不上「技術 革新」。

2.減少 OP 空間會影響快閃記憶體壽命。

3.無論是 256GB 多 8GB 或 512GB 多 16GB 提升都不大。

那麼這項技術究竟怎麼樣呢?

小米如何魔改記憶體晶片?

一塊標稱 256GB 的手機存儲,實際的真實空間其實超過了 275GB。 其中 93.1% 的空間是使用者真實可使用的,剩下的 6.9% 稱為 Over Provision ,簡稱 OP,是記憶體內部管理所佔用的空間。

工程師開始思考,如果能在不影響手機效能的前提下,從 OP 區域爭取一部分空間給用戶,那麼用戶就能有更多的空間來儲存他們的照片、影片和應用程式了。 於是,小米開始了嘗試。

小米與記憶體廠商進行了緊密的協作。 首先,小米修改了空間管理策略,將 OP 區所佔的空間從 6.9% 壓縮至約 3%。 這個過程需要深入了解記憶體的工作原理,以確保在壓縮 OP 區空間的同時,不會影響到記憶體的效能和壽命。 在多次的測試和優化後,小米找到了一個理想的平衡點。

簡單總結一下就是:小米確實是透過修改 OP 的大小來獲得額外的容量。 不過同時,小米也透過軟體、韌體方面的優化保障了壽命和效能。

最關鍵的壽命問題

相信許多數位愛好者都知道,對於儲存產品來說,縮減 OP 大小很可能會影響產品的壽命。 特別是對於手機這類數位產品來說,保固期通常只有 1 年。 因此許多網友會擔心小米這樣魔改記憶體晶片會導致手機「計畫性報廢」(剛過保固期手機就壞掉的情況)。

對此,小米手機系統軟體部總監張國全在微博上發布了長文解釋了相關問題。 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 數據的條件下,256GB 的擴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。”

如果依照這個資料推算的話 256GB 的擴容晶片壽命大概是 142.6 TBW,512GB 的擴容晶片壽命大概是 285.2TBW。 我們可以找一些市面上比較主流的固態硬碟壽命來進行粗略對比:

小米14魔改手機記憶體晶片遭質疑,一文科普修改OP背後的邏輯

在512GB 這個檔位上,致態TiPlus7100 512GB 版耐用等級為300TBW,西部數據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 TB 耐用等級為三星級 Ti600 500GB 版(此固態硬碟為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 擴容晶片壽命僅比主流 TLC 固態硬碟略低一點,但明顯強於 QLC 固態硬碟。 而一般固態硬碟往往都擁有 5 年的保固,而許多消費者往往會在 5 年內更換一次手機。 因此以這個壽命數據來看,一般消費者並不用太擔心「擴容晶片」的壽命問題。

關於 OP 縮小的代價

先簡單說一個結論:在其它條件大致等同(例如相同的韌體或讀寫策略)的情況下,OP 越大,效能和耐久性越好。 不過缺點就是可用容量會相對少。

小米14魔改手機記憶體晶片遭質疑,一文科普修改OP背後的邏輯

以金士頓這幾款固態硬碟為例,我們不難發現當 OP 比例變大時,4K 寫入效能和耐久性就顯著提升了。

關於提升效能方面:由於每個 NAND 快閃記憶體模片都由多個區塊組成,而每個區塊又包含多個頁。 NAND 快閃記憶體可以在頁級上讀寫,但是只能在區塊級上擦除。

如果需要修改或擦除區塊中已編寫頁上的單頁,那麼首先必須將包含多個頁的整個區塊內容讀取到暫時記憶體,然後擦除,之後才可以將新區塊內容編寫到相同的區塊 地址中。

只有在頁已經處於空白狀態時,才無需經過這種乏味的讀取-修改-寫入循環,而將頁直接寫入 NAND 快閃記憶體中的區塊。 透過預留空間確保大量區塊處於空白和保留狀態有助於保持效能的一致性,尤其是在展現出最高寫入放大率 (WAF) 的隨機寫入情況下。

關於提升耐久性方面:首先由於每個NAND 快閃記憶體晶片都具有有限的使用壽命,具體取決於其程式和擦除耐久性(P / E),這一特性是由NAND 快閃記憶體製造商的製造過程決定的 ,因為在NAND 快閃記憶體晶片上執行的每一個程式或擦除操作都會消耗晶片可靠儲存電荷的能力,從而會對資料完整性造成威脅。

而當快閃記憶體中的某一塊壽命用盡的時候就需要從 OP 裡找出一塊來進行替換。 OP 越大,可以替換的塊也越多,耐久性就越好。 當 OP 用盡時,那整個硬碟也就離報廢不遠了。 (這種時候有些固態硬碟會禁止寫入操作)

取巧的“窮辦法”

關於這次小米公佈的「Xiaomi Ultra Space 儲存擴容」的技術,其實可以評價為一種取巧的「窮辦法」。

對於任何一支 256GB 容量的手機來說,如果容量不夠用呢? 最直接的方法其實就是買 512GB 版的手機,這樣容量就直接翻倍。 不過缺點就在於要加錢。

以 OP 比例來說其實也是類似。 許多企業級固態硬碟 OP 比例都很高,不過代價就是為了交付給客戶同樣的容量,需要更多、更大容量的快閃記憶體晶片才能實現。 而要用更多、更大容量的快閃記憶體晶片還是得加錢。

因此小米的這項擴容技術其實是在不加錢的基礎上,保證硬碟壽命夠用的情況下,額外「開發」出來一部分容量。

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