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慧荣科技FerriSSD® 嵌入式引导加载应用

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Silicon Motion(慧荣科技) 的 FerriSSD® 产品家族开发满足了嵌入式应用中引导加载程序独特而苛刻的要求。在各种工作温度环境下,嵌入式引导加载 SSD 无论是低容量还是高容量,在数据完整性表现上都非常出色。由于引导 SSD 必须加载和运行操作系统和/或软件,而无法中断或出错,因此 SSD 引导加载程序的数据故障容差率很低。相较而言,大众市场 SSD 是专为成本敏感的消费领域( 消费娱乐音频/视频应用程序)而设计,可能允许一定的数据错误。

为达到严格的引导加载 SSD 性能技术规范,SMI 的 FerriSSD 家族目前采用了四项独特的技术,这些技术提高了引导加载 SSD 的数据完整性、使用寿命和性价比:

• 端对端数据路径保护

• NANDXtend™

• IntelligentScan 和 DataRefresh

• 混合区

端对端数据路径保护:数据错误不会发送到主机

传统的 SSD 可能在数据路径的远端部署了错误检测和 校正电路:在前端主机接口和后端 NAND 接口。此技术忽略了内置 SRAM 和/或 DRAM 传输缓存,与其它循环路径之间的重大间隙。在 NAND 接口和主机之间发生的数据错误(如软错误位元),往往难以识 别和复制。虽然传统的 SSD 可能有一些内部的错误检测电路,但 SMI 的 FerriSSD 结合了全面的数据恢复 引擎,为整个主机-到-NAND-到-主机数据路径提供更强的数据完整性。

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FerriSSD 数据恢复算法可有效检测 SSD 数据路径中 的任何错误,包括 SRAM、DRAM 或 NAND 中出现 的硬件(如 ASIC)错误、固件错误和内存错误。最新 一代 FerriSSD 实现了冗余备份-SMI Ferri 组页 Raid-它进一步消除了不可校错的可能性。

如果 FerriSSD 确定有任何不可校错的错误,将向主机传递一个错误标志以执行适当的恢复进程。相较而言,传统的 SSD 把故障数据传递到主机,而没有 传递错误标志,因无法对主机发出需要进行错误恢 复进程的警报,而导致初始化问题的加剧。

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NANDXtend:通过较低的 dPPM 延长 SSD 的寿命

传统的 SSD 使用 NAND 转换-读取-重试,采用 BCH 和 RS ECC(纠错编码)引擎,以检测错误和初始化首层较正。除首层纠错外,FerriSSD 还可使用 LDPC(低密度奇偶校验)编码和组页 RAID 算法(高效冗余备份),进行高效的第二层较正方案。与 Ferri 组页 RAID 和 SMI 的第四代 LDPC ECC 引擎 相结合,成就严格的数据完整性,同时提供比竞争方 案更好的性能。

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累积使用(即P/E)周期过后,NAND 内存单元会开始退化,原始错误位元的机率和量级将上升。SMI 先进的组页 RAID 算法(由 Ferri NANDXtend 执行)可校正较大的16KB 密钥单元错误,与传统的SSD中使用的1KB密钥单元 ECC引擎相比,提供了严格的第二级保护。

SMI NANDXtend 执行的特定组页RAID算法,特别适用于引导加载应用中使用的低容量和中容量 SSD驱动器。这不仅可延长 SSD的预期寿命,还可大幅降低寿命dPPM。

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IntelligentScan和DataRefresh:主动数据损失预防措施

为防止潜在的数据损失,FerriSSD“IntelligentScan”可在出现错误之前采取预防步骤,主动扫描和刷新 (DataRefresh) NAND 内存,以提高数据完整性。随着 P/E 周期总数的累积,此技术会越来越重要。

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• 温度对数据保存的影响 

对数据保存最重要的抑制因素之一是 NAND 温度的升 高。FerriSSD 结合了待决专利的监控算法,记录累积的结点温度读数、P/E 周期数、SSD 开机时间及其它基本参照点,以动态选择和优先处理要进行 DataRefresh 的NAND 单元和时间。IntelligentScan 和 DataRefresh 进行协作可大幅提高数据无法恢复之 前的保存性能。

• 读取干扰 

特定单元的过度读取周期还会导致相邻单元的意外过载,并导致无法恢复的位元错误。FerriSSD 通过对处于重复读取周期的NAND 块,定期进行 IntelligentScan 和 DataRefresh来避免潜在的读取干扰错误。FerriSSD 固件-先进的第 4 代算法 (IntelligentScan)-可自动管理 DataRefresh 周期和处理时间,以使热 影响和读取干扰造成的数据丢失最小化。

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混合区:集成本、可靠性和性能于一身

传统 SSD 配置板载 NAND 晶粒作为单层单元 (SLC)、多层单元 (MLC) 或最新的 3D 三层单元 (TLC)。对 SLC、MLC 和 TLC 的选择基于各单元类型 中的内存容量与访问固有延迟的权衡。FerriSSD 提供 了一个混合区,可将单个 NAND 晶粒分配到独立的 SLC 和 MLC/TLC 区。

混合区功能可对单个驱动器进行分区,在低容量至中容量 SSD中特别有用。单个 NAND 颗粒 SSD 没有上述 MLC/TLC 容量上的优势,但仍保持 SLC 的快速读写性能,是应急关机操作的理想选择。在没有内存的任何部分作为 SLC 的情况下,MLC/TLC 的关机成本和所需的电池容量会上升。SLC 内存的实现是高可靠性和快速访问的理想选择(例如将 SLC 分配给引导码),同时还将 NAND 晶粒部分保留给较高容量的MLC/TLC 使用

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以嵌入式应用为目标的引导加载 SSD 有一系列独特的 要求。除经常存在的成本最小化的要求外,引导加载 SSD 必须含有较高水平的数据完整性,即使在远程和 不利环境下操作也是如此。SMI 的工程师开发了一系 列先进的技术,提高了 FerriSSD 家族的使用寿命、数 据完整性和性价比,目前采用成熟的第 4 代算法。

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责任编辑:穆磊