Технологија и знаење - SSD на чип
Комбинирајте ги функциските блокови монолитно во куќиште на IC
Комбинирајте ги функциските блокови монолитно во куќиште на IC
Направи или купи? Кога користите флеш мемории во системот, постојат многу фактори кои влијаат на оваа одлука. Ако тријадата на перформанси - брзина на пристап, интегритет на податоци и долгорочно однесување - е исправна, изборот паѓа на диск на чип. Оваа статија објаснува зошто ова е најдобриот пристап на долг рок.
Автор: Рудолф Сосновски, раководител на технологија во Hy-Line
Секој што некогаш отворил УСБ-стик, ги идентификувал индивидуалните компоненти во него: веднаш до чип-флеш или чипови што зафаќаат најголема површина, има чип-контролер со USB и флеш-интерфејс и напојување. Во поквалитетни медиуми за складирање, како што е SSD со SATA или PCIe интерфејс, често има дополнителна RAM меморија која го забрзува преносот, особено кога пишувате податоци на флеш меморијата.
Предности на единствен раствор на чипови
Оваа конфигурација е слабо прилагодена за употреба во сурово опкружување. Шок и вибрации ги напрегаат механичарите и контактите, а температурните промени во индустриски размер ги нагласуваат лемените споеви. Овие проблематични области може да се избегнат со раствор со еден чип што ги комбинира сите компоненти во едно куќиште на ИЦ и херметички ги запечатува. Куќиштето BGA може да се залемени заедно со другите компоненти на колото на плочката во вообичаениот процес. Во продолжение, терминот SSD ќе се однесува на сите медиуми за складирање во кои флеш-чиповите се поврзани на системот домаќин преку контролер, без оглед на интерфејсот.
Флеш технологии
Технологијата на блиц се заснова на електричен полнеж заробен помеѓу два изолациски слоја. Кога пишувате и ја бришете меморијата, овие слоеви стануваат кратко спроводливи поради зголемен напон, така што полнежот може да навлезе во нив. Ова го нагласува изолациониот слој; отпорноста на изолацијата се намалува со текот на времето и стареењето на клетката. Производителите наведуваат Ц/Ц циклуси во листовите со податоци и значат програмирање и бришење (бришење) на ќелијата. Една ќелија не може да се избрише, само цел блок истовремено, така што промената на еден бит значи P/E циклус за цел блок.
При читање, се проценува нивото на полнежот со цел да се одреди дигитална вредност. Со единечна ќелија (SLC), компараторот одлучува дали вредноста на напонот што се чита назад е помала или поголема од дефинираниот праг и потоа враќа "0" или "1". Со (малку несреќно именуваната) Мулти-ниво на ќелија (MLC), градацијата е пофина, така што четири различни нивоа на напон се толкуваат како состојба на два бита (00, 01, 10, 11). Во напредната полупроводничка технологија, изолацијата, а со тоа и задржувањето на полнежот се подобрува дополнително, така што во Тројните нивоа на ќелиите (TLC) има осум различни напонски вредности, кои се проценуваат како три бита по ќелија. Со технологијата Quad Level Cell (QLC) се достигна привремената висока точка.
Со поголема интеграција преку помали структури, трошоците по бит се намалуваат, но трајноста (издржливоста) и брзината на пренос (перформансите) на меморијата се намалуваат. Бидејќи производителите на NAND ја следат побарувачката за поголем капацитет, SLC-мемориите тешко се достапни по умерени цени. Компромис помеѓу капацитетот, бројот на циклуси на запишување и трошоците е работењето на MLC ќелијата во таканаречениот „SLC режим“, кој е познат и како „псевдо-SLC“. MLC-мемориската ќелија е напишана со само две наместо со можните четири вредности. Корисниот капацитет е изгубен, но ова придонесува за сигурноста и долговечноста. Оваа постапка бара тесна соработка помеѓу контролорот и производителите на NAND, бидејќи тука е важна внатрешната структура на модулот за блиц.
Сл. 2 покажува кои состојби на MLC-меморијата се користат за мапирање на SLC-режимот. Несеквенцијалната низа на бинарни состојби се должи на зголемениот имунитет на пречки заради поголемо растојание на Хаминг. Бројот на циклуси на запишување се зголемува десет пати, приближно двојно повеќе од цената на работењето на MLC.
Контролор на блиц
Во пракса, флеш-модулите не се поврзани директно со домаќинот на процесорот. Контролорот е поврзан помеѓу домаќинот и меморијата, што нуди стандарден интерфејс на страната на домаќинот и ја има меморијата под контрола со помош на специјализиран фирмвер. Во случај на SSD, контролорот извршува многу функции за да му даде на подсистемот за складирање долг век на траење и голема брзина со максимална сигурност. Ова вклучува израмнување на абење, кое дистрибуира записи низ целата меморија за да се зголеми животниот век на системот и лошо управување со блокови. Друга функција е контрола и управување со кеш меморија со цел да се зголеми брзината на пристап, особено кога пишувате. Во брзи системи, оваа меморија е создадена во неколку нивоа (види слика 3).
Интеграцијата во едно куќиште овозможува фирмверот на контролорот да биде оптимизиран за својствата на меморијата. Перформансите на хардверот - брзина на пристап, складирање на податоци и издржливост - се дотеруваат. TLC-меморијата се користи за рентабилно решение. Делови од TLC меморијата се контролираат во „SLC режим“, од една страна за да се зголеми безбедноста на податоците за програмската меморија и од друга страна да служат како кеш за побавната TLC меморија. Покрај тоа, компактниот дизајн обезбедува добра термичка спојка и нечувствителност на влијанија врз животната средина, како што се удари и вибрации.
Понатамошни предности се разновидноста на производи што се достапни во различни големини на меморија, со или без RAM меморија и различни температурни опсези со истото куќиште. M.2 приклучок картичка (види слика 1), која едноставно може да се вметне, е добро прилагодена за проценка на SSD-уредот на чип. Поради компактниот дизајн, ова решение е особено погодно за преносни уреди за мерење и запишувачи на податоци, за уреди во лабораториска и медицинска технологија и, поради малата маса, за сите склопови кои се изложени на вибрации и удари. Бидејќи меморијата е лемење вклучена и не е вклучена, таа е безбедна од манипулација со промена на носачот на податоци.
Барања за типични апликации
капацитети
Производителите на блиц го зголемуваат капацитетот на нивните чипови со преминување кон повеќе интегрирани технологии. Вистинските SLC чипови веќе не се достапни, фокусот на производството е на TLC. Апликациите сè уште бараат својства на SLC чиповите, како што се долго задржување на податоци, многу циклуси на пишување и сигурност. Затоа, TLC-мемориите работат во помал „режим“, при што капацитетот се намалува, но бројот на можни циклуси на запишување се зголемува. Следната табела покажува кои капацитети можат да се постигнат со чипови со различна густина на интеграција.
Технологијата „3D NAND“ поставува неколку мемориски чипови (умира) еден над друг во куќиштето и со тоа се постигнува високо право на пакет. Сл. 5 ги прикажува нето-капацитетите што SSD може да ги постигне на чип во зависност од конфигурацијата на меморијата и нејзиниот режим на работа.
изгледи
Сл. 6 ја прикажува дистрибуцијата прилагодена на број на разни технологии на NAND блиц. Додека снабдувањето со низок интегративен NAND блиц, како што се SLC и MLC, веќе нагло опадна, новата технологија QLC се појавува на повидок. Густината на интеграција во гигабити по чип се зголемува, а цената по бит се намалува, така што цената на чипот ќе остане приближно иста. TLC технологијата забрза со пуштањето во употреба на нови производствени линии и ќе заземе поголем дел од пазарот. Во графиката, терминот 3Д се залага за вертикално распоредување на неколку матрици
Пример за примена 1:
Систем за дигитално снимање видео
Особено кај комерцијалните возила, сè повеќе се користат камери за следење на работната површина. Тие го поддржуваат возачот/операторот покажувајќи области што тој не може да ги види од својата позиција, на пр. При рикверц, директно на лопатата на багерот или на отворот за кантите за ѓубре. Сигналот на фотоапаратот може да се напојува директно во дигитален видео-рекордер за документација. Средството за складирање мора да овозможи постојана минимална стапка на податоци за да не се изгубат рамки и да се понуди голем број на циклуси на запишување што го надминуваат работниот век на возилото колку што е можно повеќе. Конвенционалните SD-картички траат само една година или две.
Типични области на примена се градежни и земјоделски машини, индустриски камиони, транспортни возила и железнички возила. Откривањето на слепите места само што се дискутира за камионите при вртење надесно, исто така, бара камери со снимање за да се зачуваат доказите во случај на несреќи.
Пример за примена 2:
Автоматско издавање на лекови во аптека
Особено во големите аптеки, како што се болниците, лековите се користат во големи количини. Како можете да ја намалите стапката на грешка при издавање, секогаш да го знаете пописот и да не ги изгубите од вид датумите на истекување? Автоматски систем помага во ова. Камерите играат клучна улога во тоа, бидејќи го скенираат и идентификуваат секој пакет со лекови што е зачуван или добиен. Компјутерот води евиденција за сите трансакции и може да обезбеди информации за акциите и да ги испланира нарачките во секое време. Сликите со висока резолуција снимени од неколку страници се чуваат во меморија, доделени на запис за податоци на лекот преку OCR или код и се резервирани. SSD-от што се користи за ова мора да има висока стапка на пренос на податоци, бидејќи сликите се добиваат во брза низа и овозможуваат голем број циклуси на запишување.
Заклучок
Степенот на интеграција на медиумите за складирање базирани на блиц ќе продолжи да се зголемува во блиска иднина. Капацитетот по флеш чип ќе продолжи да се зголемува како резултат на помалите структури на полупроводници и QLC технологијата, додека бројот на можни P/E циклуси ќе се намали од истата причина. За сигурен систем, затоа е уште поважно да се користи контролер кој оптимално ја контролира меморијата и обезбедува функции за израмнување на абење, корекција на грешка и стабилно работење со постојано висока стапка на податоци дури и под неповолни работни услови.
SSD-уредот на чип ги комбинира важните блокови на функции на контролорот на домаќинот, контролорот на блицот, флеш-чиповите и фирмверот создаден од производителот на контролорот во тесна соработка со производителот на блицот монолитно во едно куќиште за ИЦ и со тоа ја нуди најдобрата мешавина Интегритет на податоци и сооднос цена/перформанси за сите вградени апликации.
речник
1. Вертикално распоредување на мемориските ќелии за заштеда на чипот со истиот капацитет на полнење по мемориска ќелија
2. Редење на повеќе блиц умира во куќиштето една над друга за да се зголеми капацитетот по куќиште на чипот
Цврста состојба диск, меморија која се состои од компоненти на полупроводник
Циклус на програма/бришење. Секој пат кога ќе се напише нова флеш-ќелија, мора да се избрише целиот блок во кој се наоѓа.
Единечно ниво на ќелија; мемориската ќелија содржи две состојби на полнење = еден бит. Видете исто така MLC, TLC и QLC
Флеш меморијата MLC, TLC или QLC работи како да може да складира само еден бит по ќелија. Предности: Поголем P/E, поголема сигурност; Недостатоци: помалку простор за складирање, поголеми трошоци
Мулти нивоа ќелија; мемориската ќелија содржи четири состојби на полнење = два бита. Видете исто така SLC, TLC и QLC
Тројно ниво на ќелија; мемориската ќелија содржи осум состојби на полнење = три бита. Видете исто така SLC, MLC и QLC
Клетка на четирикратно ниво; мемориската ќелија содржи 16 состојби на полнење = четири бита. Видете исто така SLC, MLC и TLC