小米14首推存儲擴容，多出來的10GB從哪里來？

在近日的小米14系列發布會上，雷軍公布了名為“Xiaomi Ultra Space存儲擴容”技術。

小米在研發澎湃OS的時候做了大量底層重構，發現以往存儲芯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，有些網友持反對態度，觀點主要集中在以下幾個方面：

1、OP（預留空間）一直存在，雖然對于普通消費者不可見，但對于開發者來說改變OP大小并不是很困難的技術，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。

那么這項技術究竟怎么樣呢？


小米如何魔改存儲芯片？

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性能的前提下，從OP區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、視頻和應用了。于是，小米開始了嘗試。

小米與存儲器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。在多次的測試和優化后，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、固件方面的優化保障了壽命和性能。


最關鍵的壽命問題

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

對此，小米手機系統軟件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。”

如果按照這個數據推算的話256GB的擴容芯片壽命大概是142.6 TBW，512GB的擴容芯片壽命大概是285.2TBW。我們可以找一些市面上比較主流的固態硬盤壽命進行一下粗略對比：

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 500GB版耐用等級為300TBW，致態Ti600 500GB版（該固態硬盤為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擴容芯片壽命上僅僅比主流TLC固態硬盤略低一點，但明顯強于QLC固態硬盤。并且一般固態硬盤往往都擁有5年的質保，而很多消費者往往會5年之內更換一次手機。因此按著這個壽命數據來看，普通消費者并不用太擔心“擴容芯片”的壽命問題。


層數決定空間大小？

由于存儲芯片具有高度標準化的特性，并且品種單一，因此較難實現產品的差異化。這導致各廠商需要集中在工藝技術和生產規模上比拼競爭力。

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，存儲芯片制程發展到1x，1y，1z（20nm-10nm之間），階段很難再進一步縮小，因為隨著制程工藝的提高，在到達一定水平之后，存儲芯片的穩定性會下降，而業界一般認為10nm是臨界點。

就主要存儲芯片產業而言，DRAM目前還在1x、1y水平，且有望在2020年進入1z階段。NAND Flash制程已經達到極限，目前，廠商們另辟蹊徑從2D轉向3D發展，目的是通過增加芯片的堆疊層數來獲得更大的存儲容量，而堆疊層數增加意味著光刻次數也隨之增加。

從個別廠商來看，全球DRAM市場領軍企業，三星、美光、SK海力士已進入10nm制程領域，實現1Xnm級工藝，尤其美光已率先量產了1Znm級產品。而目前我國兆易創新正在研發1Xnm級工藝制程下的DRAM技術。

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、西部數據、美光以及Intel均從64層跳過72層達到了96層，其中三星、東芝/西部數據預計制程技術在2020年將達到128層或以上。而SK海力士則從48層跳過了64層達到72層，預計2020年將達到96層。

對于我國來講，在NAND Flash領域與全球巨頭們的制程技術相比還有不小差距。但長江存儲已經在2019年第三季度推出了64層的閃存芯片，并實現了量產，趕上國際通用主流。并且在后續，長江存儲本已計劃跳過72層、92/96層，直接開發128層的閃存產品，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，每種技術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、 動態隨機存取存儲器 (DRAM)：一種易失性存儲器技術，通常用作計算機和服務器等設備的主系統存儲器。 DRAM 單元將數據存儲為電荷，需要定期刷新以保留信息。 DRAM 提供高速數據訪問，但與其他內存類型相比消耗更多電量。

b、 靜態隨機存取存儲器 (SRAM)：一種易失性存儲器技術，可提供快速的數據存取時間，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、低功耗應用中的高速緩存。

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


存儲芯片的關鍵指標

在評估存儲芯片性能時，應考慮幾個指標以滿足工程師的需求。 這些關鍵績效指標包括：

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

b、 延遲：內存訪問請求和實際數據傳輸之間的延遲。 較低的延遲有助于提高系統性能，特別是對于對延遲敏感的應用程序，例如實時系統和高性能計算。

c、讀/寫速度：代表存儲芯片的數據傳輸速率。 更高的讀寫速度可實現更快的數據處理，對于數據存儲、多媒體和數據流等應用至關重要。

d、容量：指存儲芯片可以存儲的數據量。 更大的容量可以存儲和處理更多數據，這對于多媒體、數據庫管理和大數據分析等存儲密集型應用程序尤其重要。

e、功耗：存儲芯片運行期間消耗的電量。 較低的功耗在任何應用中都是有利的，特別是對于便攜式設備、電池供電的系統和節能設計。

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。 高耐用性對于寫入密集型應用（例如 SSD 和其他存儲設備）中使用的存儲芯片至關重要。

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致的數據錯誤。 ECC 對于高可靠性應用至關重要，例如航空航天、醫療設備和關鍵任務系統。

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