NAND-与-SSD-技术简介

SSD101NAND与SSD技术简介三星电子株式会社NANDFlash基础高科技产品与.SSD的主要组成控制器NANDFlash:与HDD的主要差别DRAM与主机通讯的中枢,主要负责在NANDFlash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NANDFlash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ControlGateONOn+n+袖珍p阱TunnelOxideControlGateONON+n+袖珍p阱eTunnelOxideeeeeeeeNANDFlash内存页（Page）•最小读写单位(程序)块（Block）•最小擦除单位Page1Page2Page1Page2NAND上的覆盖操作覆盖page3意味着什么?Page1Page2Page1Page2Page3Page4……………..Page64Page3空闲块不切实际!解决方案数据写入变为Page4继续写到下一个page里.Page1Page2Page4………Page64Page3无效将Page3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管理NANDFlash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Way0Way1Way2Way3Way4Way5Way6Way7Way0Way1Way2Way3Way4Way5Way6Way7Way0Way1Way2Way3Way4Way5Way6Way7Way0Way1Way2Way3Way4Way5Way6Way7Way0Way1Way2Way3Way4Way5Way6Way7Way0Way1Way2Way3Way4Way5Way6Way7Way0Way1Way2Way3Way4Way5Way6Way7Way0Way1Way2Way3Way4Way5Way6Way7ChAChBChCChDChEChFChGChH控制器数据文件系统映像表逻辑地址映像表物理地址2NANDFlash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,因此，SSD必须保留写有文件的轨.物理地址1平均抺写012345678954321区块号擦写次数(EC)例如，写入/擦除周期=5--设备疲劳012345678954321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4blocks(block0~3)•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FileA(size=3pages)2.写FileB(size=5pages)3.修改FileA(size=4pages)4.写FileC(size=3pages)BLK0BLK1BLK2BLK3*每一个单元代表NANDflash.中的一个物理地址。FileAFileAFileAFileBFileBFileBFileBFileBFileAFileAFileAFileA无效无效无效无效FileCFileCFileC空闲块BLK0BLK1BLK2BLK3*每一个单元代表NANDflash.中的一个物理地址。FileAFileAFileAFileBFileBFileBFileBFileBFileAFileAFileAFileA无效无效无效FileCFileCFileC空闲块TRIMTRIM是“Informationofdeletedaddress”.•假定1:设备有4blocks(block0~3)•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FileA(size=3pages)2.写FileB(size=5pages)3.修改FileA(size=4pages)4.删除FileA(TRIMcommandisissued.)5.写FileC(size=3pages)无效无效无效无效Inthiscase,垃圾回收doesn’toccurbecausetheTRIMpreparesa空闲块inadvance.AfterperformingtheTRIMcommand,Block2becomesa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.256GBSSD240GBSSDOP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.32KBdata16KB数据已写压缩用户数据32KB数据SamsungSSD830系列SamsungSSD830系列关键组件ToggleDDRNANDFlash基于3-核ARM9的MCX控制器256MBDDR2DRAM缓存ToggleNAND的优势SDRNAND:在时钟信号的一个边缘处理数据ToggleDDRNAND:在时钟信号的两个边缘处理数据66Mbps133Mbps随机读IOPS10%↑随机写IOPS40%↑时钟数据IO数据Data数据时钟数据IO数据数据数据数据数据三核的优势CPU0HOSTDRAMF0F1F2F9…闪存CPU1CPU2随机读随机写随机读写读Samsung830’s内部结构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.50MB100MB200MB400MB1GB2GBPerformace830Series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64GB128GB256GB512GBRandom(IOPS)Read75,00080,00080,00080,000Write16,00030,00036,00036,000Sequential(MB/s)Read520520520520Write160320400400SATA6Gb/s接口随机顺序性能(OS)详细项目830256GB品牌A品牌B品牌CPCmark05(WindowsXP)100%-9%-30%-33%PCmarkVantage(WindowsVista)100%+7%-11%-40%PCmark7(Windows7)100%-4%+3%-2%*内部测试结果性能(向后兼容性)SATAII,3Gb/s接口SequentialRandom(4KB,Q1)Random(4KB,Q32)ReadWriteReadWriteReadWrite470(256GB)100%100%100%100%100%100%830(256GB)+4%+0%+39%+35%+52%+95%*内部测试结果64GB128GB256GB512GBRandom(IOPS)Read47,00047,00047,00047,000Write16,00029,00035,00035,000Sequential(MB/s)Read270270270270Write160255255255随机顺序性能(压缩)*内部测试结果CompressiblepatternIncompressiblepatternFileCopy128KBSeq.Write(CrystalDiskMark)Officefiles(448MB)Imagefiles(722MB)Moviefiles(1.28GB)Brand“X”485MB/s168MB/s15.6seconds830Series(128GB)325MB/s322MB/s12.9secondsOffice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WritesizeLifetime(64GB)Lifetime(128GB)Lifetime(256GB)10GB/day16yrs↑32yrs↑64yrs↑20GB/day8yrs↑16yrs↑32yrs↑40GB/day4yrs↑8yrs↑16yrs↑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,Q42010(excludesenterpriseserver)SSD市场份额家电其他其他用户体验安装工具NortonGhost三星的MagicianSoftware使你能够非常轻松地使SSD的性能始终处于峰值状态。MagicianSoftware软件•更方便的固件更新-基于Windows的固件可以在不损失任何数据的情况下完成更新。MagicianSoftware软件MagicianSoftware软件•更快•更可靠•满足各种需要的设计•全自主三星解决方案结论谢谢