慧榮科技FerriSSD 嵌入式引導(dǎo)加載應(yīng)用

Silicon Motion(慧榮科技) 的 FerriSSD® 產(chǎn)品家族開發(fā)滿足了嵌入式應(yīng)用中引導(dǎo)加載程序獨(dú)特而苛刻的要求。在各種工作溫度環(huán)境下，嵌入式引導(dǎo)加載 SSD 無論是低容量還是高容量，在數(shù)據(jù)完整性表現(xiàn)上都非常出色。由于引導(dǎo) SSD 必須加載和運(yùn)行操作系統(tǒng)和/或軟件，而無法中斷或出錯(cuò)，因此 SSD 引導(dǎo)加載程序的數(shù)據(jù)故障容差率很低。相較而言，大眾市場 SSD 是專為成本敏感的消費(fèi)領(lǐng)域( 消費(fèi)娛樂音頻/視頻應(yīng)用程序)而設(shè)計(jì)，可能允許一定的數(shù)據(jù)錯(cuò)誤。

為達(dá)到嚴(yán)格的引導(dǎo)加載 SSD 性能技術(shù)規(guī)范，SMI 的 FerriSSD 家族目前采用了四項(xiàng)獨(dú)特的技術(shù)，這些技術(shù)提高了引導(dǎo)加載 SSD 的數(shù)據(jù)完整性、使用壽命和性價(jià)比：

•端對端數(shù)據(jù)路徑保護(hù)

•NANDXtend™

•IntelligentScan 和 DataRefresh

•混合區(qū)

端對端數(shù)據(jù)路徑保護(hù)：數(shù)據(jù)錯(cuò)誤不會(huì)發(fā)送到主機(jī)

傳統(tǒng)的 SSD 可能在數(shù)據(jù)路徑的遠(yuǎn)端部署了錯(cuò)誤檢測和 校正電路：在前端主機(jī)接口和后端 NAND 接口。此技術(shù)忽略了內(nèi)置 SRAM 和/或 DRAM 傳輸緩存，與其它循環(huán)路徑之間的重大間隙。在 NAND 接口和主機(jī)之間發(fā)生的數(shù)據(jù)錯(cuò)誤(如軟錯(cuò)誤位元)，往往難以識(shí) 別和復(fù)制。雖然傳統(tǒng)的 SSD 可能有一些內(nèi)部的錯(cuò)誤檢測電路，但 SMI 的 FerriSSD 結(jié)合了全面的數(shù)據(jù)恢復(fù) 引擎，為整個(gè)主機(jī)-到-NAND-到-主機(jī)數(shù)據(jù)路徑提供更強(qiáng)的數(shù)據(jù)完整性。

FerriSSD 數(shù)據(jù)恢復(fù)算法可有效檢測 SSD 數(shù)據(jù)路徑中 的任何錯(cuò)誤，包括 SRAM、DRAM 或 NAND 中出現(xiàn) 的硬件(如 ASIC)錯(cuò)誤、固件錯(cuò)誤和內(nèi)存錯(cuò)誤。最新 一代 FerriSSD 實(shí)現(xiàn)了冗余備份-SMI Ferri 組頁 Raid-它進(jìn)一步消除了不可校錯(cuò)的可能性。

如果 FerriSSD 確定有任何不可校錯(cuò)的錯(cuò)誤,將向主機(jī)傳遞一個(gè)錯(cuò)誤標(biāo)志以執(zhí)行適當(dāng)?shù)幕謴?fù)進(jìn)程。相較而言,傳統(tǒng)的 SSD 把故障數(shù)據(jù)傳遞到主機(jī),而沒有 傳遞錯(cuò)誤標(biāo)志,因無法對主機(jī)發(fā)出需要進(jìn)行錯(cuò)誤恢 復(fù)進(jìn)程的警報(bào),而導(dǎo)致初始化問題的加劇。

NANDXtend：通過較低的 dPPM 延長 SSD 的壽命

傳統(tǒng)的 SSD 使用 NAND 轉(zhuǎn)換-讀取-重試，采用 BCH 和 RS ECC(糾錯(cuò)編碼)引擎，以檢測錯(cuò)誤和初始化首層較正。除首層糾錯(cuò)外，F(xiàn)erriSSD 還可使用 LDPC(低密度奇偶校驗(yàn))編碼和組頁 RAID 算法(高效冗余備份)，進(jìn)行高效的第二層較正方案。與 Ferri 組頁 RAID 和 SMI 的第四代 LDPC ECC 引擎 相結(jié)合，成就嚴(yán)格的數(shù)據(jù)完整性，同時(shí)提供比競爭方 案更好的性能。

累積使用(即P/E)周期過后，NAND 內(nèi)存單元會(huì)開始退化，原始錯(cuò)誤位元的機(jī)率和量級將上升。SMI 先進(jìn)的組頁 RAID 算法(由 Ferri NANDXtend 執(zhí)行)可校正較大的16KB 密鑰單元錯(cuò)誤，與傳統(tǒng)的SSD中使用的1KB密鑰單元 ECC引擎相比，提供了嚴(yán)格的第二級保護(hù)。

SMI NANDXtend 執(zhí)行的特定組頁RAID算法，特別適用于引導(dǎo)加載應(yīng)用中使用的低容量和中容量 SSD驅(qū)動(dòng)器。這不僅可延長 SSD的預(yù)期壽命，還可大幅降低壽命dPPM。

IntelligentScan和DataRefresh：主動(dòng)數(shù)據(jù)損失預(yù)防措施

為防止?jié)撛诘臄?shù)據(jù)損失，F(xiàn)erriSSD“IntelligentScan”可在出現(xiàn)錯(cuò)誤之前采取預(yù)防步驟，主動(dòng)掃描和刷新 (DataRefresh) NAND 內(nèi)存，以提高數(shù)據(jù)完整性。隨著 P/E 周期總數(shù)的累積，此技術(shù)會(huì)越來越重要。

•溫度對數(shù)據(jù)保存的影響

對數(shù)據(jù)保存最重要的抑制因素之一是 NAND 溫度的升 高。FerriSSD 結(jié)合了待決專利的監(jiān)控算法，記錄累積的結(jié)點(diǎn)溫度讀數(shù)、P/E 周期數(shù)、SSD 開機(jī)時(shí)間及其它基本參照點(diǎn)，以動(dòng)態(tài)選擇和優(yōu)先處理要進(jìn)行 DataRefresh 的NAND 單元和時(shí)間。IntelligentScan 和 DataRefresh 進(jìn)行協(xié)作可大幅提高數(shù)據(jù)無法恢復(fù)之 前的保存性能。

•讀取干擾

特定單元的過度讀取周期還會(huì)導(dǎo)致相鄰單元的意外過載，并導(dǎo)致無法恢復(fù)的位元錯(cuò)誤。FerriSSD 通過對處于重復(fù)讀取周期的NAND 塊，定期進(jìn)行 IntelligentScan 和 DataRefresh來避免潛在的讀取干擾錯(cuò)誤。FerriSSD 固件-先進(jìn)的第 4 代算法 (IntelligentScan)-可自動(dòng)管理 DataRefresh 周期和處理時(shí)間，以使熱 影響和讀取干擾造成的數(shù)據(jù)丟失最小化。

混合區(qū)：集成本、可靠性和性能于一身

傳統(tǒng) SSD 配置板載 NAND 晶粒作為單層單元 (SLC)、多層單元 (MLC) 或最新的 3D 三層單元 (TLC)。對 SLC、MLC 和 TLC 的選擇基于各單元類型 中的內(nèi)存容量與訪問固有延遲的權(quán)衡。FerriSSD 提供 了一個(gè)混合區(qū)，可將單個(gè) NAND 晶粒分配到獨(dú)立的 SLC 和 MLC/TLC 區(qū)。

混合區(qū)功能可對單個(gè)驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行分區(qū)，在低容量至中容量 SSD中特別有用。單個(gè) NAND 顆粒 SSD 沒有上述 MLC/TLC 容量上的優(yōu)勢，但仍保持 SLC 的快速讀寫性能，是應(yīng)急關(guān)機(jī)操作的理想選擇。在沒有內(nèi)存的任何部分作為 SLC 的情況下，MLC/TLC 的關(guān)機(jī)成本和所需的電池容量會(huì)上升。SLC 內(nèi)存的實(shí)現(xiàn)是高可靠性和快速訪問的理想選擇(例如將 SLC 分配給引導(dǎo)碼)，同時(shí)還將 NAND 晶粒部分保留給較高容量的MLC/TLC 使用

以嵌入式應(yīng)用為目標(biāo)的引導(dǎo)加載 SSD 有一系列獨(dú)特的 要求。除經(jīng)常存在的成本最小化的要求外，引導(dǎo)加載 SSD 必須含有較高水平的數(shù)據(jù)完整性，即使在遠(yuǎn)程和 不利環(huán)境下操作也是如此。SMI 的工程師開發(fā)了一系 列先進(jìn)的技術(shù)，提高了 FerriSSD 家族的使用壽命、數(shù) 據(jù)完整性和性價(jià)比，目前采用成熟的第 4 代算法。