NAND-与-SSD-技术简介ppt课件

1、SSD 101,NAND 与 SSD 技术简介,三星电子株式会社,NAND Flash 基础,高科技产品,与,SSD 的主要组成,控制器,NAND Flash : 与 HDD 的主要差别,DRAM,与主机通讯的中枢, 主要负责在 NAND Flash 内存中的读/写任务,采用数据储存区，而不是HDD的磁盘,当在永久 NAND Flash 内存中保存数据时，作为缓存临时储存数据,SSD(NAND) : 程序/擦除,HDD : 覆盖,数据处理,Control Gate,ONO,n,n,袖珍 p 阱,Tunnel Oxide,Control Gate,ONO,N,n,袖珍 p 阱,Tunnel Ox

2、ide,NAND Flash 内存,页（Page） 最小读写单位(程序) 块（Block） 最小擦除单位,NAND 上的覆盖操作,覆盖 page 3 意味着什么,Page 1,Page 2,Page 1,Page 2,Page 3,Page 4,Page 64,Page 3,空闲块,不切实际,解决方案,数据写入变为 Page 4,继续写到下一个page里,Page 1,Page 2,Page 4,Page 64,Page 3,无效,将 Page 3 标记为无效数据,SSD 技术,SSD 技术,交错操作 MAP 数据管理 TRIM,平均抺写,对性能,对寿命和耐久性,SSD 技术的主要目标是更好地

3、管理 NAND Flash 内存,垃圾回收 超容量 压缩,交错操作,非交错操作,数据流,单通道,数据流,多通道,进程,数据,进程,数据,进程,数据,数据,数据,数据,进程,数据,进程,数据,进程,数据,进程,数据,进程,数据,进程,数据,数据,数据,数据,数据,数据,数据,交错操作,交错操作,通道(channel) - NAND 与控制器之间独立的数据路径 路(way) 一组共享同一个通道的 NAND 组件,数据,文件系统,映像表,逻辑地址,映像表,物理地址2,NAND Flash 内存,映像表可以将主机的逻辑地址翻译成 NAND 物理地址. 这个过程是必需的，因为 NAND 不允许覆盖数据,

4、 因此，SSD 必须保留写有文件的轨,物理地址1,平均抺写,区块号,擦写次数(EC,例如， 写入/擦除周期= 5 - 设备疲劳,区块号,擦写次数(EC,热块,平均抺写,垃圾回收,垃圾回收创建 “空闲块,假定 1 : 设备有4 blocks (block 03) 假定 2 : 设备至少有一个空闲块. 假定 3 : 不支持TRIM 指令命令序列. 1. 写 File A (size = 3 pages) 2. 写 File B (size = 5 pages) 3. 修改 File A (size = 4 pages) 4. 写 File C (size = 3 pages,BLK 0,BLK 1

5、,BLK 2,BLK 3,每一个单元代表NAND flash.中的一个物理地址,File A,File A,File A,File B,File B,File B,File B,File B,File A,File A,File A,File A,无效,无效,无效,无效,File C,File C,File C,空闲块,BLK 0,BLK 1,BLK 2,BLK 3,每一个单元代表NAND flash.中的一个物理地址,File A,File A,File A,File B,File B,File B,File B,File B,File A,File A,File A,File A,无效,无

6、效,无效,File C,File C,File C,空闲块,TRIM,TRIM 是 “Information of deleted address,假定 1 : 设备有4 blocks (block 03) 假定 2 : 设备有至少一个空闲块. 假定 3 : 支持 TRIM 指令 命令序列. 1. 写 File A (size = 3 pages) 2. 写 File B (size = 5 pages) 3. 修改 File A (size = 4 pages) 4. 删除 File A (TRIM command is issued.) 5. 写 File C (size = 3 page

7、s,无效,无效,无效,无效,In this case, 垃圾回收 doesnt occur because the TRIM prepares a 空闲块 in advance. After performing the TRIM command, Block2 becomes a 空闲块,超容量缓存,通过保留一些内存容量, SSD 可以更加轻松地创建一些空闲块，以提升内存的性能和可靠性,256GB SSD,240GB SSD,OP 区 (16GB,压缩,压缩可以通过减少所写入的数据，帮助提升整体性能，并延长设备的使用寿命,32KB data,16KB 数据 已写,压缩用户数据,32KB 数据

8、,Samsung SSD 830 系列,Samsung SSD 830 系列,关键组件,Toggle DDR NAND Flash,基于3-核 ARM9 的 MCX 控制器,256MB DDR2 DRAM 缓存,Toggle NAND的优势,SDR NAND: 在时钟信号的一个边缘处理数据,Toggle DDR NAND : 在时钟信号的两个边缘处理数据,66Mbps,133Mbps 随机读IOPS 10% 随机写IOPS 40,三核的优势,CPU0,HOST,DRAM,F0,F1,F2,F9,闪存,CPU1,CPU2,随机读,随机写,随机读,写,读,Samsung 830s 内部结构,写,读

9、,DRAM 缓存的优势,DRAM 缓存有助于保持稳定的随机读性能, 即使访问范围增加了,访问范围,固件设计概念,性能,真实用户体验,稳定的性能 & 可靠性,可靠性,启动 应用装载 文件拷贝,突然断电 发热问题 寿命及耐久性,性 能,性能,SATA 6 Gb/s 接口,随机,顺序,性能 (OS,内部测试结果,性能 (向后兼容性,SATA II, 3Gb/s 接口,内部测试结果,随机,顺序,性能 (压缩,内部测试结果,Office 文件 图形文件 视频文件,可压缩模式,稳健拷贝,可靠性,耐久性,工作量（Workload ） - SSD 的耐久性 取决于用户的工作量. - 三星已经通过内部测试，制作

10、了这个与用户工作量相关的产品预期寿命表,需要熟悉NAND的知识 耐久性（Endurance,突然断电恢复,如果你的台式机或膝上电脑突然断电，就有可能会产生损坏SSD，并有可能丢失你的数据的风险. 三星 830 硬件算法的设计目的，就是保护用户的数据，并恢复突然断电给你带来的损失,前台GC,当主机发出一个写指令后，设备就会创建闲块,积极面 提高了耐久性 (减少不必要的数据拷贝) 消极面 降低了性能 (如果映射 & GC，算法就不好,三星的领导地位,Source: iSuppli, Q4 2010 (excludes enterprise server,SSD市场份额,家电,其他,其他,用户体验,安装工具,Norton Ghost,三星的 Magician Software