構(gòu)成SSD的主要IC有主控芯片和NAND閃存，估計(jì)有不少人認(rèn)為單純看主控就可以知道SSD的性能，其實(shí)這是錯(cuò)誤的，就像OCZ現(xiàn)在的產(chǎn)品線那樣，用的都是SandForce SF-2281主控，但是通過(guò)不同的閃存與固件搭配劃分出Vertex 3 MAX IOPS、Vertex 3、Agility 3與Solid 3等不同層次的產(chǎn)品，相互之間性能差異比較大，可見(jiàn)SSD所用的固件與閃存種類(lèi)都是對(duì)其性能有相當(dāng)大影響的。
今天我們就來(lái)說(shuō)說(shuō)這個(gè)NAND閃存，目前閃存制造廠主要分為三星與東芝聯(lián)合的ToggleDDR陣營(yíng)和英特爾與美光為首的ONFI陣營(yíng)，他們各有各的接口，產(chǎn)品之間的規(guī)格也不相同， 主流的SandForce SF-2000系列主控和Marvell 88SS9174主控都提供了對(duì)ONFI和ToggleDDR標(biāo)準(zhǔn)閃存的支持，下面就來(lái)介紹一下這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。
ONFI（Open NAND Flash Interface）
標(biāo)準(zhǔn)是由英特爾，鎂光，海力士，臺(tái)灣群聯(lián)電子，SanDisk， 索尼，飛索半導(dǎo)體為首宣布統(tǒng)一制定的連接NAND閃存和控制芯片的接口標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)初制定ONFI標(biāo)準(zhǔn)的主要目的是統(tǒng)一當(dāng)時(shí)混亂的閃存標(biāo)準(zhǔn)。
2006年，隨著手機(jī)、MP3播放器、U盤(pán)的需求量逐漸增大，以及開(kāi)始步入消費(fèi)市場(chǎng)的SSD，市場(chǎng)對(duì)NAND閃存的需求也增加不少，而當(dāng)時(shí)各個(gè)閃存制造廠所用的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)各有不同，這樣導(dǎo)致閃存控制器廠商和下游產(chǎn)品制造廠在制作產(chǎn)品時(shí)碰到各種麻煩，業(yè)界迫切需求一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，這就是ONFI的誕生背景。
ONFI 1.0制定于2006年12月，內(nèi)容主要是制定閃存的物理接口、封裝、工作機(jī)制、控制指令、寄存器等規(guī)范，增加對(duì)ECC的支持，傳輸帶寬從傳統(tǒng)的Legacy接口的40MB/s提升到50MB/s，性能提升幅度不大，不過(guò)其主要目的還是統(tǒng)一閃存接口規(guī)范，減輕產(chǎn)品廠商的開(kāi)發(fā)壓力。
ONFI 2.0標(biāo)準(zhǔn)誕生于2008年2月，2.0標(biāo)準(zhǔn)將帶寬速度提高到133MB/s以滿足高速設(shè)備對(duì)閃存性能的需求，在該版本中，主要是通過(guò)兩項(xiàng)技術(shù)來(lái)提高傳輸速度。第一項(xiàng)就是在DRAM領(lǐng)域里常用的DDR(Double Data Rate，雙倍數(shù)據(jù)率)信號(hào)技術(shù)。第二項(xiàng)是使用源同步時(shí)鐘來(lái)精確控制鎖存信號(hào)，使其能夠達(dá)到更高的工作頻率。
ONFI 2.1標(biāo)準(zhǔn)于2009年1月發(fā)布，帶寬提升到166MB/s和200MB/s（工作模式不同速度不同），8KB page數(shù)據(jù)傳輸延時(shí)降低，改良電源管理降低寫(xiě)入操作能耗，加強(qiáng)ECC糾錯(cuò)能力，新增“Small Data Move”與“Change Row Address”指令。
ONFI 2.2發(fā)表于2009年10月，增加了LUN（邏輯單元號(hào)）重置、增強(qiáng)頁(yè)編程寄存器的清除和新的ICC測(cè)量和規(guī)范。LUN重置和頁(yè)編程寄存器清除提升了擁有多個(gè)NAND閃存芯片設(shè)備的處理效率，ICC規(guī)范則簡(jiǎn)化了下游廠家的測(cè)試程序。
ONFI 2.3在2010年8月的閃存峰會(huì)上發(fā)布，在2.2標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上加入了EZ-NAND協(xié)議。EZ-NAND是Error Zero NAND的簡(jiǎn)寫(xiě)，這一協(xié)議將NAND閃存的糾錯(cuò)碼管理由主控芯片中轉(zhuǎn)移到閃存自身，以減輕主控芯片負(fù)擔(dān)。
今年3月ONFI 3.0規(guī)范發(fā)布，接口帶寬提升到400MB/s，需求的針腳數(shù)更少讓PCB走線更加方便，從目前披露的資料來(lái)看，ONFI 3.0采用更短的信道、更寬的信號(hào)間距，并加入片內(nèi)終止技術(shù)，使其傳輸帶寬能夠達(dá)到400MB/s。
面對(duì)ONFI組織的攻勢(shì)，占有全球70% NAND產(chǎn)能的兩大閃存生產(chǎn)巨頭三星與東芝決定攜手對(duì)抗，2007年12月，三星與東芝聯(lián)合通過(guò)了一項(xiàng)關(guān)于閃存專(zhuān)利技術(shù)互換授權(quán)協(xié)議，根據(jù)這項(xiàng)協(xié)議，三星電子和東芝在閃存規(guī)格和技術(shù)上將完全共享。
根據(jù)項(xiàng)協(xié)議規(guī)定，三星將允許東芝生產(chǎn)和制造自己旗下的OneNAND和Flex-OneNAND閃存芯片，而東芝公司則將以自己的LBA-NAND和mobileLBA-NAND閃存芯片技術(shù)作為條件與三星電子進(jìn)行交換，這些閃存芯片生產(chǎn)技術(shù)都是三星電子和東芝的核心技術(shù)，但是新的合作協(xié)議讓雙方在閃存芯片制造技術(shù)實(shí)力上都取得了進(jìn)一步的增強(qiáng)，此外他們將一同合作研發(fā)新一代閃存產(chǎn)品，也就是后來(lái)的Toggle DDR NAND閃存。
2010年6月三星與東芝開(kāi)始投產(chǎn)符合Toggle DDR 1.0接口標(biāo)準(zhǔn)的NAND閃存，Toggle DDR NAND采用雙向DQS信號(hào)控制讀寫(xiě)操作，信號(hào)的上升與下降沿都可以進(jìn)行資料的傳輸，能使傳輸速度翻倍，接口帶寬為133MB/s，而且沒(méi)有內(nèi)置同步時(shí)鐘發(fā)生器（即NAND還是異步設(shè)計(jì)），因此其功耗會(huì)比同步NAND更低。
2010年8月，最新的Toggle DDR 2.0接口標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布，傳輸帶寬上升到400MB/s，目前網(wǎng)上關(guān)于此標(biāo)準(zhǔn)的詳細(xì)消息還不多，不過(guò)可以可以確定的是技術(shù)指標(biāo)與ONFI 3.0是類(lèi)似的。
閃存的同步與異步
我們經(jīng)常說(shuō)閃存的同步與異步模式，其實(shí)是在ONFI 2.0標(biāo)準(zhǔn)中新加入的特性（ToggleDDR不存在同步閃存的情況，均為異步設(shè)計(jì)，但性能仍然強(qiáng)悍），ONFI 2.0標(biāo)準(zhǔn)在NAND中加入了同步時(shí)鐘發(fā)生器，主控可以通過(guò)發(fā)送同步指令激活閃存上的同步時(shí)鐘信號(hào)，使閃存工作在同步模式 ，此時(shí)閃存的數(shù)據(jù)傳輸速率會(huì)大幅度提升，異步模式相當(dāng)于ONFI 1.0，閃存的帶寬為50MB/s，而同步模式下閃存至少也符合ONFI 2.0，閃存帶寬可達(dá)到133MB/s以上。
實(shí)際上同步與異步閃存都是同一生產(chǎn)線上下來(lái)的，顆粒品質(zhì)的優(yōu)劣才產(chǎn)生了這樣的區(qū)別。比如英特爾29F64G08AAME1顆粒屬于異步閃存，而英特爾29F32B08JCME2則支持同步/異步模式，又如鎂光的29F64G08CBAAA是異步閃存，而29F64G08CBAAB顆粒支持同步/異步模式。
下面是鎂光NAND在異步與同步模式下的部分針腳定義：
開(kāi)機(jī)時(shí)SSD是運(yùn)行在異步模式的，只有當(dāng)主控發(fā)送同步指令給閃存后，才激活閃存上的源同步時(shí)鐘，然后針腳定義發(fā)生改變，激活DQS信號(hào)， 讓其工作在同步模式，并將異步模式下的WE#信號(hào)變?yōu)镃LK信號(hào)，RE#變?yōu)閃/R信號(hào)，同步模式下DQS信號(hào)的上升沿與下級(jí)沿都能控制信號(hào)的傳輸，使傳輸速度翻倍。
異步模式的數(shù)據(jù)相位
同步模式的數(shù)據(jù)相位
市面上有少數(shù)SSD使用異步閃存，但強(qiáng)制運(yùn)行在同步模式，性能是上來(lái)了，穩(wěn)定性存在隱患。
閃存類(lèi)型對(duì)SSD速度的影響
上面的圖左邊是OCZ Agility 3 60GB，右邊的是Vertex 3 60GB，這兩個(gè)SSD都是用SandForce SF-2281主控，差別就是Agility 3用的是異步的閃存而Vertex 3用的是同步的閃存，SF-2281主控共有8條通道，如果使用8顆異步模式閃存的話理論內(nèi)部總帶寬是400MB/s，如果用8顆同步模式閃存的話理論內(nèi)部總帶寬則達(dá)到1333MB/s，當(dāng)然這是理論上的，實(shí)際上還受著主控性能和各種延遲的影響，異步閃存與同步閃存的差別看上面兩個(gè)OCZ SSD的讀取速度就知道了。
關(guān)于SLC/MLC/TLC
最后來(lái)說(shuō)一下NAND最基本的分類(lèi)，就是SLC、MLC、TLC它們的差別。
SLC = Single-Level Cell，即1 bit per cell，只存在0和1兩個(gè)充電值，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單但是執(zhí)行效率高。SLC閃存的優(yōu)點(diǎn)是傳輸速度更快，功率消耗更低和存儲(chǔ)單元的壽命更長(zhǎng)。然而，由于每個(gè)存儲(chǔ)單元包含的信息較少，其每百萬(wàn)字節(jié)需花費(fèi)較高的成本來(lái)生產(chǎn)，約10萬(wàn)次擦寫(xiě)壽命，在企業(yè)級(jí)SSD上比較常見(jiàn)，例如比較經(jīng)典的Intel X25-E系列，此外還在某些高端U盤(pán)上使用。
MLC = Multi-Level Cell，即2 bit per cell，有00,01,10,11四個(gè)充電值，因此需要比SLC更多的訪問(wèn)時(shí)間，不過(guò)每個(gè)單元可以存放比SLC多一倍的數(shù)據(jù)。MLC閃存可降低生產(chǎn)成本，但與SLC相比其傳輸速度較慢，功率消耗較高和存儲(chǔ)單元的壽命較低，約3000---10000次擦寫(xiě)壽命，大多數(shù)消費(fèi)級(jí)SSD都是使用MLC做的。
TLC = Trinary-Level Cell，即3 bit per cell，每個(gè)單元可以存放比MLC多1/2的數(shù)據(jù)，共八個(gè)充電值，所需訪問(wèn)時(shí)間更長(zhǎng)，因此傳輸速度更慢。TLC優(yōu)勢(shì)價(jià)格便宜，每百萬(wàn)字節(jié)生產(chǎn)成本是最低的，但是壽命短，只有約500次擦寫(xiě)壽命，通常用在U盤(pán)或者存儲(chǔ)卡這類(lèi)移動(dòng)存儲(chǔ)設(shè)備上。
關(guān)于達(dá)思數(shù)據(jù)恢復(fù)與取證中心
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