基于ClearNAND閃存的系統(tǒng)設(shè)計(jì)改進(jìn)方案

　　Ready/Busy#被重新定義為中斷

　　增強(qiáng)型ClearNAND閃存將現(xiàn)有的ready/busy#引腳重新定義為一個(gè)中斷引腳。如圖6所示，interrupt#信號(hào)仍是開(kāi)漏信號(hào)，當(dāng)ClearNAND卷或裸片就緒時(shí)，它提供一個(gè)實(shí)時(shí)中斷信號(hào)。設(shè)計(jì)人員可以利用這個(gè)中斷信號(hào)向主處理器或SSD控制器提供閃存實(shí)時(shí)狀態(tài)。在一條總線上支持多個(gè)ClearNAND封裝的大型配置中，interrupt#信號(hào)線可以連接在一起。當(dāng)檢測(cè)到一個(gè)中斷信號(hào)時(shí)，主處理器或SSD控制器只要詢問(wèn)每個(gè)ClearNAND 封裝或卷，即可知道是哪個(gè)卷發(fā)送的新?tīng)顟B(tài)信息。這個(gè)中斷功能可節(jié)省主處理器或SSD控制器上的信號(hào)數(shù)量，同時(shí)提高SSD控制器對(duì)狀態(tài)更新的響應(yīng)能力。


內(nèi)部回寫

　　內(nèi)部回寫功能又稱為內(nèi)部數(shù)據(jù)遷移（internal data move），是增強(qiáng)型ClearNAND 閃存最引人注目的特性之一。閃存的損耗均衡或碎片清理操作是指整理不同的NAND閃存頁(yè)面和區(qū)塊內(nèi)的數(shù)據(jù)碎片，并將其合并成新的區(qū)塊或區(qū)塊序列，這個(gè)功能類似老式硬盤的磁盤碎片整理工具。對(duì)于這類操作，回寫功能可為SSD系統(tǒng)提供巨大的優(yōu)勢(shì)。

　　再來(lái)看圖2，當(dāng)使用標(biāo)準(zhǔn)NAND閃存時(shí)，將數(shù)據(jù)碎片從一個(gè)區(qū)塊轉(zhuǎn)移到另一個(gè)區(qū)塊通常需要執(zhí)行下列操作：

　　SSD控制器發(fā)布一個(gè)READ指令和源地址以訪問(wèn)數(shù)據(jù)源頁(yè)；SSD控制器從NAND閃存讀取數(shù)據(jù)，同時(shí)執(zhí)行運(yùn)算和必要的ECC糾錯(cuò)操作，然后實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)或元數(shù)據(jù)的更新操作；SSD控制器計(jì)算并加入新的ECC信息，然后發(fā)布新的PROGRAM指令、目的地址和數(shù)據(jù)序列，該操作將把數(shù)據(jù)保存到新的NAND閃存區(qū)塊內(nèi)。

　　在這個(gè)連續(xù)的操作過(guò)程中，當(dāng)數(shù)據(jù)從源地址移到目的地址時(shí)，總線處于被占用狀態(tài)，這個(gè)操作過(guò)程需要很長(zhǎng)時(shí)間。假設(shè)一個(gè)8K的存儲(chǔ)頁(yè)，工作在200MT/s的ONFI 2.2同步總線需要大約 41μs來(lái)移動(dòng)數(shù)據(jù)。因?yàn)閿?shù)據(jù)必須移出再移進(jìn)閃存，所以需要兩倍的時(shí)間即82μs，但這個(gè)時(shí)間不包含ECC所花費(fèi)的時(shí)間。在執(zhí)行這個(gè)序列的過(guò)程中，ONFI閃存總線始終處于占用狀態(tài)，不能處理其它任何操作。

　　與普通閃存不同，增強(qiáng)型ClearNAND閃存支持內(nèi)部ECC。假如數(shù)據(jù)的源地址和目的地址都在ClearNAND封裝內(nèi)，采用內(nèi)部ECC可以在封裝內(nèi)部執(zhí)行回寫操作。SSD控制器仍負(fù)責(zé)發(fā)布指令和地址，以及經(jīng)修改的數(shù)據(jù)或元數(shù)據(jù)。ClearNAND控制器執(zhí)行數(shù)據(jù)遷移操作，而不會(huì)占用外部的ONFI數(shù)據(jù)總線。如果SSD控制器能夠把損耗均衡和碎片清理功能整合在一個(gè)ClearNAND封裝內(nèi)，它將在性能方面具有更強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)。

　　圖7所示是一個(gè)在標(biāo)識(shí)為通道0和通道1的兩路ONFI通道上采用增強(qiáng)型ClearNAND閃存的示例。在兩個(gè)SSD通道上，我們看到有四個(gè)內(nèi)部數(shù)據(jù)遷移操作同步進(jìn)行，數(shù)據(jù)移動(dòng)并沒(méi)有占用外部ONFI總線。在必要時(shí)，這個(gè)特性允許SSD控制器和ONFI總線在ClearNAND封裝之間遷移數(shù)據(jù)。根據(jù)用戶所使用的架構(gòu)，某些操作可能需要在ClearNAND封裝之間甚至ONFI總線之間進(jìn)行。利用內(nèi)部數(shù)據(jù)遷移操作，可大幅提升碎片清理和損耗均衡操作的性能。


　　本文小結(jié)

　　美光公司的增強(qiáng)型ClearNAND閃存為系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員提供更高的性能和更多的功能，同時(shí)緩解了NAND閃存對(duì)ECC糾錯(cuò)能力的日益嚴(yán)格的要求。增強(qiáng)型ClearNAND閃存支持與標(biāo)準(zhǔn)100-Ball BGA NAND閃存相似的焊球排列，用戶可以設(shè)計(jì)出同時(shí)支持這兩種封裝的產(chǎn)品。例如，該產(chǎn)品將使SSD主控制器擁有充足的ECC糾錯(cuò)能力來(lái)直接支持SLC NAND閃存，選擇增強(qiáng)型ClearNAND閃存還能滿足ECC面臨更大挑戰(zhàn)的多級(jí)單元需求。

　　增強(qiáng)型ClearNAND閃存的卷尋址特性可使用更少的引腳實(shí)現(xiàn)更大容量尋址，從而為SSD方案中節(jié)省數(shù)百個(gè)引腳。電子數(shù)據(jù)映像功能可簡(jiǎn)化PCB設(shè)計(jì)和走線，同時(shí)還能提高ONFI總線的信號(hào)完整性。智能中斷功能向SSD控制器提供實(shí)時(shí)狀態(tài)更新信息，并最大限度地縮小對(duì)固件的輪詢。兩路內(nèi)部NAND閃存總線可改善回寫功能，從而提高閃存的性能。