存储背后的年夜脑：NAND 闪存节制器现实上是做甚么的？ 环绕在基在 NAND 闪存的存储系统的会商变得很紊乱。凡是，当人们会商存储时，只漫谈论 NAND 闪存，而疏忽了节制器这一自力但一样主要的组件。可是为何需要节制器呢？简而言之，没有它甚么都行欠亨。 NAND 闪存节制器，或简称“节制器”，专为分歧的接口（如 PCIe、eMMC、SD、SATA 和 USB）而设想，具有分歧的质量和分歧的用例。它们的配合点是治理 NAND 闪存上的数据。这类存储手艺在曩昔十年里变得愈来愈风行，假如没有它，就没法想像我们今天的世界会是甚么模样。 NAND 闪存手艺向 3D 布局的稳步成长，在复杂的节制器和固件的帮忙下，成功代替HDD，成为最普遍利用的年夜容量存储介质。同时，为履行诸如纠错、映照、垃圾搜集和数据刷新等使命，节制器面对的挑战也愈来愈年夜。那末，一个节制器和其固件相对另外一个有甚么劣势，又有甚么区分呢？ 节制器和其根基功能 节制器是任何 NAND 闪存存储系统背后的年夜脑。它确保从主机领受到的数据被发送到闪存并能够在今后检索。它将主机系统的读/写/状况号令转换并点窜为闪存组件的各类读/写/状况号令。它还将主机的逻辑块地址 (LBA) 或由文件系统治理的扇区地址转换为闪存上的地址，这些地址被组织成块和页面。该节制器确保两边的兼容性并处置任何固有的闪存缺点。 为何不利用小法式将数据写入闪存呢？必定不会那末难的！ NAND闪存素质上其实不靠得住。这是由于半导体（此中 NAND 闪存是此中一种）遭到利用进程中变热的显著压力。另外，电子在矽内部迁徙，跟着时候的推移粉碎内部布局。因为热会使得电子挪动，所有老化进程都跟着热的增添而呈指数加快。半导体内的几何外形或单位布局越小，器件就越轻易遭到这些影响。今天的半导体布局比以往任什么时候候都小，需要年夜量的开辟来充实处理这些影响。 同时，分歧的利用范畴有分歧的要求。用在消费产物的半导体，天天6 小时，每周 5 天，首要在室温下工作 5 年的设想，与在室外情况中 24/7 工作跨越 10 年的工业产物的设想体例分歧。同时，每一个区域需要存储的数据量也在不竭增添。闪存开辟人员对此的回覆要进入第三维度。 较新老是较佳！我们去买 3D 闪光灯吧，它也较廉价，不是吗？ 基在NAND闪存的装备具有功耗低、速度快、靠得住性高档长处。矽芯片的本钱与面积成比例，而且很年夜水平上与上面的内容无关。是以，NAND闪存每字节的本钱取决在在任何给定尺寸的芯片上能够存储几多位。在这方面，有几种手艺已被用在提高 NAND 闪存的存储密度。 第一种手艺是减小每一个单位的巨细。但是，这类尺寸的减小到达了它的逻辑极限。它还致使了一些不良副感化，例如更年夜的泄露电流和更高的毛病率。。 另外一种手艺是在每一个单位中存储更多位。现代闪存不再是只能存储一名数据的单级单位 (SLC)，而是每一个单位能够存储两个 (MLC)、三个 (TLC) 或四个 (QLC) 位，而且这类成长仍在继续。这意味着需要切确的编程和丈量。固然这项手艺增添了存储密度，但斟酌到较低的机能、较短的寿命和较高的毛病率，是以它也只是一种折中法子。 3D NAND 闪存的首要劣势是下降了每字节的本钱。这是由于芯片的统一区域能够容纳更多位。 3D NAND 芯片中的存储单位比 2D 装备中的存储单位更慎密，它们分离在概况的外侧。现代闪存不是在芯片概况放置存储单位阵列，而是建立多层存储单位，以在矽片内建立完全的三维布局。这答应在统一区域内取得更年夜的存储容量，一样主要的是，与数据的毗连更短，这反过来又答应更快的数据传输。 固然 3D NAND 闪具有存储容量和每字节本钱方面多是准确的选择，但 3D NAND 闪存的有用利用在很年夜水平上取决在闪存节制器。节制器中需要复杂的机制来有用地治理年夜内存容量，最年夜限度地削减单位编程的影响，并确保挺拔的单位布局内的最年夜寿命和靠得住性。 那末，一个好的节制器有甚么特点呢？ 节制器的功能和特征规模具有很多差别。根基上能够将节制器分为两类：基在 DRAM 的节制器和无 DRAM 节制器。 无 DRAM 节制器很是合适用在需要绝对数据靠得住性的工业情况或利用（医疗手艺装备或挪动式的无线电台）。带有 DRAM 的节制器能够实现更高的机能，可是，在靠得住性方面，无 DRAM 节制器是更好的选择，由于它们能够包管将数据传输到 NAND 闪存上。在忽然断电的环境下，一旦不再供电，由基在 DRAM 的节制器处置的数据将丢掉经由过程 DRAM 缓存的数据。另外，少一个组件也就少了一个本钱、斟酌和潜伏的复杂性。 电池会跟着时候的推移而老化并掉去其充电状况； 单位格的值“翻转”并产生所谓的位翻转。节制器能够检测这些不准确的位并在纠错的帮忙下对其进行填补。但是，假如这些位毛病积累，节制器必需采纳对策。年夜大都闪存节制器都包括一种刷新算法，该算法能够检测数据什么时候变旧并是以变得不不变，例如，经由过程时候戳或记实位毛病统计消息。较廉价的节制器仅在读取数据时检测和查抄数据，即仅当主机要求读取时。更复杂的节制器将所稀有据的驱动器扫描放置为另外一个后台保护操作。 跟着时候的推移，读取页面中的块也会对相邻页面的物理数据质量发生负面影响。为领会决这个问题，节制用具有读取干扰治理，可监控闪存中的读取并按照需要更新四周数据。 自我监控、阐发和陈述手艺 (SMART) 供给相关 NAND 闪存的应用状态和寿命的消息。它答应用户按照各类属性监控闪存装备的寿命。例如，能够对备用块、擦除操作、读取总数或 ECC 毛病总数进行计数，假如能够从闪存中检索响应的数据，则能够正确估量寿命。此功能是 ATA 接口的尺度功能。可是，在为 Hyperstone 节制器所设想的其他高要求的利用中，此功能也合用在其他接口，例如 USB 或 SD 和响应的 dem。借助对特定用例的领会，基在 SMART 数据，也能够响应地调剂设想。按照要求，节制器和固件能够在本钱、机能或靠得住性方面进行优化。 这些高端功能是不是也合用在 SD 卡或 USB 驱动器？ 是的，现实上，对这些被设想成廉价的产物，有一个平行的宇宙，一个由节制器、固件、制造和存储供给商构成的生态系统，其重点是靠得住性和持久可用性。 Hyperstone 的新 SD 节制器 S9 采�����APP用交钥匙固件设想，可知足最刻薄利用的需求。为了耽误利用寿命和提高数据完全性，节制器包罗 FlashXE® ECC 和 hyReliability™ 功能。 hyMap® Flash 转换层确保只要最小的写入放年夜和最高的耐用性。成果：高效利用 NAND 闪存并下降毛病率。功能规模由 hySMART™ 监控东西弥补。可使用利用法式编程接口 (API) 在 S9S 版本的 Hyperstone 节制器中实现的附加平安功能。 在存储系统和节制器方面，不管是接口选项仍是质量，都有良多选择。为了实现一个统筹机能和靠得住性和本钱和收益的设想，需要年夜量的洞察力和经验。 Hyperstone 不但能够从设想和征询的角度供给帮忙，还能够供给一系列节制器和完全的处理方案，例如针对非凡利用进行固件定制的 µSD 卡。假如数据存储对您的利用法式相当主要，或毛病会致使价格昂扬的停机时候，那末谨严选择节制器和存储手艺是要害。