固态硬盘闪存

固态闪存可采用 NAND 和 NOR 技术。 NOR 技术允许以与普通 RAM 存储芯片相同的方式直接随机寻址和数据流，从而允许其用于处理系统内的程序存储和执行。 NOR 闪存芯片速度较慢、密度较小，并且重写耐久性能力有限，这使得它们在用作旋转磁盘的替代品时不如基于 NAND 的解决方案。

NAND闪存技术是一种串行存储器，就像磁盘驱动器一样。数据以块的形式寻址和存储，而不是作为单独的可寻址位或字节。基于 NAND 闪存的固态硬盘旨在从系统角度模拟旋转磁盘，提供更快的访问时间和可比较的数据吞吐率。 SSD 相对于磁盘的主要缺点是数据密度和每兆字节的成本。

在本节中，我们将重点关注 NAND 组件，因为它们在 SSD 产品中占据主导地位。 NAND 闪存组件的密度从每芯片 1Gb（千兆位）到 64Gb 不等。还有单级单元 (SLC) 和多级单元 (MLC) 配置，其中 SLC 能够为每个单元存储一位，而 MLC 能够为每个单元存储多于 1 位。

与磁驱动器上的扇区和磁道类似，NAND 闪存组件具有称为页和块的结构。页是扇区，块类似于磁道，就像在磁盘上一样，每个扇区都有一个关联的纠错码 (ECC)。常见的 NAND 闪存组件配置为 128 页，每页 4,096+128 字节，块大小为 512 KB。数据是按顺序读取和写入的，也像磁盘一样。

NAND 闪存还存在固有的单元缺陷，就像磁盘上的表面缺陷一样。因此，设备中提供了备用数据块，并且设备中提供了重映射表，以允许系统软件在发现故障数据块时将其屏蔽掉。

与磁盘不同，NAND 闪存的重写次数有限，每个块约为 1,000,000 次。您只是不能无限期地写入相同的块。因此，磨损均衡方案用于定期移动更常访问的区域，例如目录。磨损均衡类似于对硬盘进行碎片整理，但对于 NAND 闪存来说，需要进行这种操作，否则数据最终可能会丢失。

一些闪存芯片内置了对磨损均衡的一些支持，尽管此功能主要由控制器或系统软件层执行。我们付出了很多努力来隐藏磨损均衡活动，以使其不会干扰正常的设备性能。

开放 NAND 闪存接口组织 (ONFI) 制定了 NAND 闪存组件标准，已被业界广泛采用。该标准提供了通用 I/O 和命令集，并有效标准化了 ONFI 兼容组件的通用架构。该架构包括以下常见元素：

数据接口 – 通常为 8 位，有时在较密集的部分为 16 位
I/O 控制器 – 多路复用数据、命令和状态字类型。解码命令
控制逻辑 – 管理与闪存控制器的 I/O 事务握手
地址寄存器 – 标识要访问的块以进行读或写
数据/缓存寄存器 – 用于缓冲 I/O 和数组之间数据的单字静态寄存器
状态寄存器——标记事务和数据流中的错误
行/列解码 – 将地址值分解为页面值
闪存阵列 – 按行和列排列的闪存单元

典型 SSD 闪存组件框图

下表更详细地描述了标准 ONFI NAND 闪存部件的每条 I/O 和控制线。

控制线	描述	用法
但	输入	地址锁存使能：在ALE为高电平期间，地址信息是从I/O[7:0]传送到片内地址寄存器。从低到高 WE# 上的转换——当未加载地址信息时——ALE 信号应驱动为低电平。
CE#	输入	芯片使能：控制主机系统和 NAND 闪存设备之间的传输。设备变忙或开始编程或擦除操作后，CE# 可以取消断言。有关更多操作详细信息，请参阅第 16 页上的“总线操作”。
CLE	输入	命令锁存使能：当CLE为高电平时，信息从在 WE# 的上升沿 I/O [7:0] 到片上命令寄存器。什么时候未加载命令信息，CLE 信号应驱动为低电平。
LOCK	输入	当上电期间 LOCK 为高电平时，BLOCK LOCK 功能启用。要禁用 BLOCK LOCK，请在上电期间将 LOCK 连接到 VSS，或者保留它未连接（内部下拉）。
回覆＃	输入	读使能：门从 NAND 闪存设备传输到主机系统。
我们＃	输入	写使能：门从主机系统传输到 NAND 闪存设备。
WP#	输入	写保护：防止意外的编程和擦除操作。全部当 WP# 为低电平时，编程和擦除操作被禁用。
I/O[7:0] (x8) I/O[15:0] (x16)	I / O	数据输入/输出：双向I/O信号传输地址、数据和指令信息。仅在READ操作期间输出数据；其他时候 I/O 信号是输入。
节奏蓝调#	输出	就绪/忙：就绪/忙信号是开漏、低电平有效输出，使用外部上拉电阻。该信号用于指示芯片何时正在处理编程或擦除操作。该信号还用于读取操作期间指示数据何时从阵列传输到串行数据寄存器。当这些操作完成后，就绪/忙信号返回到高阻抗州。
VCC	支持	VCC：VCC球是电源。
VSS	支持	VSS：VSS 球是接地连接。

该标准的一些特点包括：

Discovery – 允许Flash控制器确定Flash组件的特性
LUN 寻址 – 允许控制器独立激活闪存组件上的操作
交错 – 允许控制器同步一组闪存组件上的操作
缓存 – 允许数据独立于闪存阵列操作流入/流出控制器
回写——允许闪存组件将数据从一个块移动到另一个块，而无需控制器直接参与

截至 2010 年初，市场上的主要 SSD 闪存组件供应商包括：

海力士
英特尔
微米
SanDisk公司
Toshiba
恒忆（意法半导体）
Samsung

每个供应商都提供各种容量、速度和功能，以使自己在竞争对手中脱颖而出。

系统设计人员在为其目标 SSD 产品和目标市场选择供应商和特定闪存组件时会进行一系列权衡。

权衡包括：

程序化 – 成本、时间表、支持、保修和可用性。
技术 – 性能、功率、封装选项、功能、可扩展性和灵活性。
其他 – 通用性、兼容性、文档、开发支持、测试和声誉。

在闪存组件选择的过程中，系统设计人员也在对闪存控制器和SSD设计中所需的其他部件进行同样的分析。这是一个寻找供应商和组件的正确组合以最好地满足特定产品要求的迭代过程。

技术演进

下一代闪存组件正在将更多功能集成到基本组件中，并提供智能接口，而不是当今 SSD 使用的 ONFI 类型标准闪存总线。

最初，这种方法将使 NAND 闪存组件更靠近移动设备等产品的主机处理器总线，提供大存储容量并支持高清数据流和记录。

对于PC来说，目前PC中的NAND Flash还没有“DIMM”标准。这是需要的。这包括模块大小、连接器、总线类型、错误管理和驱动程序。

固态硬盘闪存

广告