SSD固态硬盘底层技术解析.pptx
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SSD固态硬盘底层技术解析.pptx
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SSD底层技术解析,JSMatureGuChengdong,为什么需要做垃圾回收?
为什么读写和擦除的单位不一样?
SSD长期不用会不会丢失数据?
MLCFlash是真正的随机存储设备吗?
SLC、MLC、TLC是如何实现的?
关于SSD的为什么,什么是垃圾回收?
议题,SSD的主要组件,Flash的逻辑结构及读写,1,2,3,Flash的一些特性,SSD的基本组成-主控、闪存、接口、(固件),SSD接口,SSD接口(续),M.22242/2260/2280/22110,U.2接口别称SFF-8639,是由固态硬盘形态工作组织(SSDFormFactorWorkGroup)推出的接口规范。
U.2不但能支持SATA-Express、PCIe,还能兼容SAS、SATA等规范,M.2接口最初叫做NGFF,全名是NextGenerationFormFactor,主控芯片市场状况,前控制芯片市场大致分为三个等级,第一等级是三星、东芝、英特尔、SK海力士等原厂阵营,他们具有生产NANDFlash,以及研发控制芯片的能力,主要用于自家SSD产品,且基本不对外供应;第二等级是Marvell、慧荣、群联等主控厂商,占据大部分非原厂的SSD市场;第三等级是国内主控厂,海思、国科微、联芸、浪潮、忆芯等在国家政策扶持下正在快速崛起;,NAND芯片市场状况,NANDFlash晶体管结构,议题,SSD的主要组件,Flash的逻辑结构及读写,1,2,3,Flash的一些特性,NANDFlash逻辑结构,NAND(闪存芯片)die(核心)plane(平面)block(区块)page(页面)Cell,NANDFlash写操作示意,NANDFlash晶体管物理结构,NANDFlash的写和擦除原理,SLC,对SLC来说,一个存储单元存储两种状态,漏极电压高于某个参考值的时候,我们把它采样为0,否则,就判为1.,MLC,对MLC来说,一个存储单元存储四个状态,一个存储单元可以存储2bit的数据。
通俗来说就是把漏极电压进行一个划分,比如高于5.5v,判为0;4.05.5v,判为1;3.54.0v,判为2;小于3.5v,判为3.,为什么TLC的性能MLCSLC?
一个存储单元电子划分的越多,那么在写入的时候,控制进入浮栅极的电子的个数就要越精细,所以写耗费的时间就加长;同样的,读的时候,需要尝试用不同的参考电压去读取,一定程度上加长读取时间。
所以我们会看到在性能上,TLC不如MLC,MLC不如SLC.,对MLC来说,擦除一个Block的时间大概是几个毫秒。
NANDFLASH的读写则是以Page为基本单元的。
一个Page大小主要有4KB,8KB,16KB。
对MLC或者TLC来说,写一个Block当中的Page,应该顺序写:
Page0,Page1,Page2,Page3,;禁止随机写入,比如:
Page2,Page3,Page5,Page0,这是不允许的。
但对读来说,没有这个限制。
SLC也没有这个限制。
议题,SSD的主要组件,Flash的逻辑结构及读写,1,2,3,Flash的一些特性,NANDFlash的读写,我们通常所说的FLASH读写时间,是不包含数据从NAND与HOST之间的数据传输时间。
FLASH写入时间指是一个Page的数据从CacheRegister当中写入到FLASH阵列的时间,FLASH读取时间是指一个Page的数据从FLASH阵列读取到PageRegister的时间。
对现在的MLCNANDFLASH来说,写入时间一般为几百个微秒甚至几毫秒,读取时间为几十微秒,垃圾回收,写放大,写放大倍数=闪存写入数据量/用户写入数据量,写放大最好的情况就是1?
OP:
OverProvisioning,WA越小越好,因为越小意味着对闪存损耗越小,可以给闪存延年益寿;OP越大越好,OP越大,意味着写放大越小,意味着SSD写性能越好。
OP为:
25%,每block最大平均有效数据:
80/100=80%OP为:
66.7%,每block最大平均有效数据:
60/100=60%,WareLeveling,WL有两种算法:
动态WL和静态WL。
动态WL,就是在使用Block进行擦写操作的时候,优先挑选PE数低的;静态WL,就是把长期没有修改的老数据(如前面提到的只读文件数据)从PE数低的Block当中搬出来,然后找个PE数高的Block进行存放,这样,之前低PE数的Block就能拿出来使用。
本地or全局,Trim,专为SSD而生的命令(ATA)SCSI-UNMAPNVMe-deallocate,读干扰(ReadDisturb),影响的是非读取的闪存页。
记录每个闪存块的读次数,在达到阈值(厂家提供)之前将所有的数据读出重新写一遍,写干扰(ProgramDisturb),影响所有取的闪存页。
29,电荷泄漏,存储在NANDFLASH存储单元的电荷,如果长期不使用,会发生电荷泄漏。
不过这个时间比较长,一般十年左右。
同样是非永久性损伤,擦除后Block还能使用。
30,SSD数据完整性技术,ECC纠错常用闪存ECC纠错算法有BCH(Bose,Ray-Chaudhuri与Hocquenghem三位大神名字首字母)和LDPC(LowDensityParityCheckCode)静态ECCvs动态ECCRAID数据恢复重读(ReadRetry)扫描重写技术数据随机化磨损平衡,http:
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