【技术】ATP固态驱动器(SSD)和模块使用单阶存储单元(SLC)缓存，进一步增强了3D TLC SSD读写性能

时间： 2020-04-20 来源：ATP ELECTRONICS

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SLC缓存增强了ATP 3D TLC SSD的读写性能

随着世界"数据驱动"趋势的加强，对更多数据存储的需求将继续存在。随着3D NAND架构的出现，存储介质通过提供更高的存储密度而减少占用空间，从而打破了2D NAND的技术限制，降低单位成本。此外，通过允许使用更宽松的NAND光刻技术来减少单元间干扰，基于3D NAND架构的驱动器具有更高的可靠性，更好的读/写性能和更长的耐用性。

这些重要的技术发展已使基于TLC存储介质获得了广泛的使用和接受，甚至在要求高密度存储、高可靠性能和长使用寿命的工业应用中。为了进一步增强3D TLC的性能，ATP固态驱动器（SSD）和模块开始使用单阶存储单元（SLC）缓存。

什么是SLC缓存？

SLC是一种NAND闪存，每个单元仅存储一位数据。它执行其他闪存类型中最简单的操作。因此，它以更快的速度写入数据，消耗更少的功率并具有更高的耐久性。但是，主要缺点是密度较低，每兆字节的闪存成本更高。另一方面，基于3D TLC的SSD的每MB成本更低，并且可以存储更多数据，但由于每个单元存储三位数据，因此可能会导致读写性能下降。在没有DRAM缓存的SSD中，这种速度下降最为明显。ATP通过保留一部分驱动器（类似于SLC）来解决此问题，此部分被称为“ SLC缓存”。

下图显示了NAND闪存类型的比较，显示了每种闪存的优缺点：

SLC缓存的类型

SLC缓存有两种类型：静态和动态。 SSD使用静态还是动态缓存取决于固件算法。静态缓存。顾名思义，分配区域的大小是固定的。主要优点是为SLC缓存分配了保证的区域。仅当TLC的其余部分被充分利用时，此空间才被禁用。但是，由于仅为SLC缓存分配了特定的区域，因此该区域将承受更密集的读写操作，从而导致更高的P / E周期，进而可能会影响驱动器的耐用性；动态缓存。相反，动态缓存是指未固定的区域。关键优势在于，整个驱动器的磨损平衡更加均匀。缺点是，由于其大小灵活性，无法保证缓存大小。下表总结了两种类型的SLC缓存的优缺点。

表1.静态和动态SLC缓存之间的比较

利用内置的动态随机存取存储器（DRAM）进行缓存，可以存储小数据内容并将其作为大数据内容刷新到SSD，从而加快了读/写性能。但是，出于成本考虑，许多基于TLC的SSD都没有DRAM，而是采用“直接TLC写入”的方式。由于DRAM比NAND闪存快得多，因此这些无DRAM的SSD可能具有成本优势，但必须在性能上进行折衷。为了解决TLC SSD的慢读/写性能，ATP使用SLC缓存。该空间的大小取决于SSD的容量。有了SLC缓存空间，只要尚未充分利用该空间，SSD的读写性能就可以与SLC NAND媲美。

当SLC缓存已满时，固件（FW）将启动后台垃圾收集以清除缓存。同时，系统在垃圾回收过程中继续向驱动器发送数据，从而影响了驱动器的性能。下面的图形和表格提供了SLC缓存和直接TLC写入之间的比较。

表2. SLC高速缓存和直接TLC写入的比较

结论：具有SLC缓存的下一代3D TLC闪存解决方案

基于3D TLC NAND闪存的ATP下一代固态驱动器（SSD）和模块是具有SLC缓存的最新产品。为了获得更好的数据完整性和增强的设备保护，新的M.2 2280 NVMe N600Si / N600Sc和A600Si和A600Sc串行ATA（SATA）SSD具有最新版本的ATP的断电保护（PLP）技术PowerProtector 4，该技术结合了硬件和固件解决方案，以确保在突然断电时可以保存和保护数据。PLP阵列的全新设计利用了新的电源管理IC（PMIC）和新的固件可编程MCU（微控制器单元）。MCU设计允许PLP智能地应对电源挑战，例如浪涌电流，输入过压，不正确的缓存刷新等，从而保护存储设备免受损坏。

其他可靠性功能包括端到端数据保护，RAID引擎支持和可选的工业运行温度支持（-40°C至85°C），以在冷启动，高温工作负载和交叉温度时提供可靠的PLP电容。

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全部评论（1）

ACE Lv8. 研究员 2020-04-21

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