Technologia 3D TLC NAND Flash wkracza do przemysłu

Apacer wprowadza nową serię ST170 2,5-calowych dysków SSD w formatach M.2, mSATA, MO-297 CFast i uSSD.

W celu zapewnienia niezawodności, a jednocześnie wysokiej wydajności, wyposażone są one w poniższe funkcje:

• Wykrywanie/korekcja błędów
• Zarządzanie pamięcią w przypadku utraty zasilania
• Zarządzanie wadliwymi blokami pamięci flash
• Globalny algorytm równomiernego wykorzystania pamięci - wszystkie wolne bloki we wszystkich kościach flash dysku zarządzane są wspólnie w jednej puli. Sterownik urządzenia stara się równomiernie rozmieszczać dane we wszystkich blokach pamięci flash. Wydajność tego algorytmu można ocenić za pomocą atrybutów SMART „Max. erase count” i „Avg. erase count”.
• End-To-End Data Protection - funkcja rozciągająca ochronę danych na całą ścieżkę od komputera głównego do nośnika i z powrotem, co zapewnia integralność danych w wielu punktach ścieżki w celu niezawodnego transferu danych.
• Technologia SMART (Self-Monitoring, Analysis and Reporting Technology)
• Czujnik temperatury - regularnie sprawdza atrybut SMART Temperature i obniża obciążenie robocze dysku, aby nie doszło do wzrostu temperatury SSD powyżej 70°C
• Warstwa programowa na poziomie strony
• Technologia Hyper Cache - część dostępnej pojemności jest używana jako pamięć NAND SLC (każda komórka przechowuje 1 bit). Zamiast ośmiu wartości zapisywane są tylko dwie (0, 1).
• Over provisioning - pewna część pojemności dysku SSD zostaje zastrzeżona wyłącznie w celu zwiększenia wydajności czyszczenia pamięci (GC), zwłaszcza gdy dysk SSD jest całkowicie zapełniony lub pracuje pod dużym mieszanym obciążeniem (odczyt/zapis losowy/sekwencyjny).
• Wsparcie dla TRIM - polecenie umożliwia systemowi operacyjnemu przesyłanie informacji do sterownika dysku SSD o blokach, które zawierają zbędne dane. Zwykle są to dane, które system operacyjny usunął. Sterownik usuwa wtedy niepotrzebne bloki i zwalnia je do użycia. 

Wykrywanie/korekcja błędów

Kiedy program zapisuje dane na dysku SSD, sterownik dysku zapisuje dane, informacje o oprogramowaniu sprzętowym i kod ECC (kod korekcji błędów) do pamięci flash. Na przykład dla dysków SSD z serii SM210-25, sterownik zapisuje 40-bitowy kod BCH (Bose-Chaudhuri-Hocquengham) ECC na 1KB danych. Kiedy sterownik odczytuje dane z pamięci flash, wykorzystuje kod ECC do sprawdzenia poprawności danych i poprawy błędów.

Seria ST170 wykorzystuje technologię LDPC (Low Density Parity Check) jako kod ECC. W przypadku zwykłego odczytu, który nie zmienia napięcia referencyjnego przyłączonego do bramek komórki pamięci (hard decoding), zapewnia to nieco lepszą korekcję błędów niż kod BCH. Jeżeli sterownik nie może naprawiać błędów w danych, wykorzystywany jest tryb soft decoding. W trybie tym sterownik wielokrotnie odczytuje dane z pamięci flash przy różnych napięciach referencyjnych przyłączonych do bramek komórki pamięci. Tryb soft decoding ma dużo większe zdolności do korekty błędów, ale wielokrotny odczyt oznacza wolniejszą wydajność odczytu.

Stan funkcji Error Correction/Detection można sprawdzić odczytując atrybut SMART Bad Cluster Table Count.

Zarządzanie wadliwymi blokami pamięci flash

Gdy kość pamięci flash opuszcza fabrykę, zawiera minimalną ilość początkowych uszkodzonych bloków. Nie znamy obecnie technologii, która pozwoliłaby na wytwarzanie kości flash wolnych od uszkodzonych bloków. Ponadto uszkodzone bloki mogą powstać podczas cykli programowania/wymazywania. Ponieważ nie da się uniknąć obecności uszkodzonych bloków, rozwiązaniem jest utrzymywanie ich pod kontrolą.

Aby sprawdzić aktualną ilość uszkodzonych bloków, użytkownik powinien odczytać atrybut SMART Total later bad block count.

Zarządzanie pamięcią w przypadku utraty zasilania

Najlepszym sposobem zapobiegania utracie danych podczas nagłej awarii zasilania jest niedopuszczenie do wystąpienia takiej awarii. Ponieważ nie zawsze jest to możliwe, seria ST170 posiada kilka mechanizmów zabezpieczającymi w celu uniknięcia uszkodzenia danych.

1. Ochrona tabeli mapowania

Tabela mapowania zawiera rekordy, które mapują na dysku fizyczne adresy stron pamięci flash na logiczne. Mapowanie na poziomie strony zapewnia znakomitą szybkość zapisu, ale wymaga dużo pamięci RAM do przechowywania tabeli mapowania. Podczas operacji zapisu sterownik zapisuje dane i informacje mapowania do pamięci flash, a następnie aktualizuje tabelę w pamięci RAM. W przypadku awarii zasilania nie ma wystarczającej ilości czasu do zapisu tabeli mapowania w pamięci flash, dochodzi więc do utraty tych danych. Po wznowieniu zasilania, sterownik sekwencyjnie odczytuje każdy blok NAND flash, pobiera logiczne mapowanie adresów i odbudowuje tabelę mapowania. Jeżeli nie uda się odbudować tabeli mapowania w pierwszym odczycie, sterownik kontynuuje odczyt aż do momenty, gdy tabela mapowania zostanie odzyskana.

2. Last Write Protection - Ostatnia ochrona przed zapisem

Pamięć flash nie może być nadpisana, tak więc aby zaktualizować stronę P1 w bloku B1 oprogramowanie zapisuje nową wersję P1' w bloku B2. Jeśli nastąpi awaria zasilania w czasie zapisywania strony P1’, operacja może zostać zakończona z powodzeniem lub nie. Po przywróceniu zasilania oprogramowanie ECC wykrywa i, jeśli to możliwe, koryguje błąd w stronie P1'. Jeżeli naprawa nie jest możliwa, oprogramowanie wykorzystuje poprzednią wersję P1, a algorytm czyszczenia pamięci zajmuje się nieprawidłową stroną P1’.

3. Hyper Cache

Seria nie wykorzystuje pamięci DRAM, która w przypadku awarii zasilania traci dane, ponieważ nie ma wystarczającej ilości czasu na zapis danych z pamięci podręcznej do pamięci flash. Zamiast tego używana jest technologia Hyper cache.

Należy sprawdzić, czy wzrasta ilość uszkodzonych bloków (atrybut SMART Total later bad block), gdy wzrasta atrybut Unexpected Power Loss Count. Jeśli tak, należy podjąć środki zaradcze, aby unikać awarii zasilania.

SMART

SMART to skrót od Self-Monitoring, Analysis and Reporting Technology (system automatycznego monitorowania i powiadamiania o błędach w funkcjonowaniu dysku twardego). System ten monitoruje istotne parametry SSD w celu podjęcia działań prewencyjnych zapobiegających awarii dysku.

Pełne zestawienie obsługiwanych parametrów można znaleźć w kartach katalogowych. Znaczenie niektórych atrybutów zostało opisane powyżej. Pozostałe istotne parametry, to:

Lifetime left - wartość procentowa, 100% oznacza nowy dysk SSD, 0% oznacza dysk w pełni wykorzystany - taki dysk SSD należy natychmiast wymienić. ST170-25 nie udostępnia takiej informacji; do oszacowania pozostałego czasu życia dysku można wykorzystać atrybut Avg. erase count.

Lifetime left = (1 - Avg. erase count/PE Cycle) x 100, PE Cycle=3 000 (wartość taka sama, jak w przypadku produktów na bazie MLC flash)

SSD Protect Mode
• 0: R/W - stan normalny
• 3: Tylko do odczytu
• 7: Unusual Read Only - (występuje w przypadku, gdy istnieje za mało wolnych bloków lub w przypadku napotkania nadmiernej ilości późnych uszkodzonych bloków)

Dysk SSD zabezpiecza się poprzez ustawianie w tryb tylko-do-odczytu w celu uniknięcia uszkodzenia danych, gdy atrybut Avg. erase count przekracza 3 000 cykli PE lub gdy wystąpi zdarzenie opisane przez wartość parametru = 7.

SATA PHY Error Count - wskazuje na problemy z łącznością. Mogą one być spowodowane na przykład wadliwym kablem lub złączem. Do naszego asortymentu dodaliśmy nową serię ST170 , która będzie dostępna na życzenie.

Oferujemy możliwość zamówienia próbek do testów po okazyjnej cenie. Więcej informacji na temat dostępnych modeli można znaleźć na naszej stronie.

Jeżeli jesteś zainteresowany innymi produktami firmy APACER lub jeżeli potrzebujesz pomocy, zapraszamy do kontaktu pod adresem apacer@soselectronic.com