SSD固態硬盤同步、異步閃存,看閃存好壞

固態硬盤 Flash 東芝 飛索半導體 內有風存 2017-06-09

SSD固態硬盤FLASH NAND同步、異步是什麼鬼?我想許多初涉SSD的玩家都不是很明白。為什麼我們要講它們呢?是為了通過FLASH NAND的同步和異步來判斷FLASH NAND的好壞。來興趣了吧?

在講FLASH NAND同步、異步之前,我們先來了解NAND FLASH的兩個標準,Toggle和ONFI。

Toggle,全稱Toggle DDR,DDR(Double Data Rate)。Toggle是東芝、三星以DDR接口技術為它們的NAND FLASH建立的標準。Toggle沒有clock,寫數據用DQS差分信號跳變沿觸發,讀數據用Host發的REN差分信號跳變沿發讀request,DQS跳變沿輸出數據。因此說Toggle為異步。

原來的SDR NAND FLASH速度為每秒40MB/s,Toggle DDR 1.0的最大傳輸速度提升至每秒133MB/s,Toggle DDR 2.0的最大傳輸速度更提升至400MB/s。(這裡的傳輸速度僅僅指一個NAND FLASH的速度,不是SSD的速度。SSD是幾個 NAND FLASH組成的RAID並聯陣列,速度相比單個的NAND FLASH要快得多。)

ONFI,全稱Open NAND Flash Interface。ONFI標準是由INTEL、鎂光、海力士、SMI、群聯、 索尼、飛索半導體等統一制定的連接NAND閃存和控制芯片的接口標準。

ONFI 1.0主要制定了閃存的物理接口、封裝、工作機制、控制指令、寄存器等規範,增加了ECC支持,帶寬從Legacy接口的40MB/s提升到50MB/s,提升不大,主要目的在於統一閃存接口規範,減輕產品廠商的開發壓力。

ONFI 2.0標準將帶寬速度提高到133MB/s。該版本使用了DDR技術,同時也使用源同步時鐘來精確控制鎖存信號,使其能夠達到更高的工作頻率。

ONFI 2.1標準帶寬提升到166MB/s和200MB/s(工作模式不同速度不同),傳輸延時降低,改良電源管理降低寫入操作能耗,加強ECC糾錯能力,新增“Small Data Move”與“Change Row Address”指令。

ONFI 2.2增加了LUN(邏輯單元號)重置、增強頁編程寄存器的清除和ICC測量和規範。LUN重置和頁編程寄存器清除提升了擁有多個NAND閃存芯片設備的處理效率,ICC則簡化了下游廠家的測試程序。

ONFI 2.3加入了EZ-NAND協議。EZ-NAND是Error Zero NAND的簡寫,這一協議將NAND閃存的糾錯碼管理由主控芯片中轉移到閃存自身,減輕了主控芯片負擔。

ONFI 3.0規範發佈,使用NV-DDR2接口(和Toggle一樣),不再使用clock。NAND閃存接口的傳輸速度得以翻番達到400MB/s,同時保持向下兼容。

從上面我們看出Toggle NAND為異步模式但是性能也很強悍,和ONFI 3.0差不多。ONFI標準下,同步和異步的NAND FLASH性能上卻是有差異的。

為什麼同一廠家,甚至同一批次的NAND FLASH,卻存在異步和同步之分,或者ONFI協議不同?因為NAND FLASH生產時品質有好壞之分。NAND FLASH等級太次,無法實現同步模式,所以廠家就只能用ONFI1.0協議做成異步閃存來出貨了。ONFI 1.0的帶寬是50MB/s,而ONFI3.0是400MB/S,這個性能差異是非常大的。

由於世界晶圓緊缺,價格上漲,不排除有一些小廠為了節約成本而使用ONFI1.0的異步閃存。

逆向思維,除開東芝和三星的NAND FLASH,我們只需要知道NAND FLASH是同步閃存還是異步閃存,或者它的ONFI標準版本就可以知道NAND FLASH和SSD的好壞了。

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