效能增強、壽命增加　32位元SSD控制晶片時代來臨

一開始先簡介友鑫，公司成立於2002年，資本額3.1億元，員工逾70名，從事快閃記憶體儲存產品設計製造，像USB快閃碟、SD卡、MMC卡、SSD、SSD模組。SSD的角色定位可以這樣來看，根據英特爾測量的數據，過去13年來，主宰電腦媒體存取的大宗裝置機械式硬碟進步了1.3倍，然而在這期間，CPU速度卻快了175倍！顯然硬碟拖慢了系統速度。誰能改善儲存效能，縮短兩者的差距？相信SSD扮演這樣的角色。隨著近年可攜式電腦市占率不斷提升，並在2007年首度超越工業上的應用(Web-Feet Research, 2007年10月)，SSD採用比重也逐漸攀升，不過需順帶一題，這個趨勢最近出現了一點變化，2008年9月微軟將硬碟容量由80Gb放寬到160Gb，使得硬碟採用率增加，也衝擊SSD的成長趨勢。SSD的技術趨勢可以由四大組成部分來看，一是連結電腦的主介面Host Interface，現在以SATA為主流，並逐漸走向USB2.0、USB3.0；二為Flash，可能是SLC、MLC或X3MLC，製程則採5x、4x或3x奈米，預估今年中將進入50奈米以下製程，DDR-Flash則是新的架構，速度將能提升；三為韌體，包括耗損平均(Wear leveling)、壞掉區塊管理(Bad block management)、垃圾搜集(Garbage collection)、備用區塊(Spare block)，處理破碎檔案或把壞的區塊換掉等，這方面的功能愈強大，成本愈高；四為控制晶片，CPU逐漸由8位元升級到32位元，英特爾8051已經不夠力，ARM 32位元CPU較能滿足運算需求。SSD的效能目標有二大重點，一是個別檢驗項目，包括順序讀寫(Sequentail access)、隨機讀寫(Random access)、IOPS (Input/Output Operations Per Second, 每秒讀寫運算量)、存取時間(Access time)等。第二個重點是模擬的benchmark其實都是當初針對硬碟所開發的，希望未來能夠出現為SSD特性所設計的指標項目。NAND Flash則有幾個方面的趨勢可以留意，第一是價格持續下滑、尺寸更小且flash cell存更多位元，第二是容量提升，32G成為市場主流，第三是處理速度升級，像ONFI 2.0的快速介面、同時讀取更多位元等，第四是可靠度提高，必須由夠力的控制晶片解決問題。NAND Flash的介面速度愈來愈快，從Legacy的50MB/s、Toggle Mode Gen.1的133MB/s、ONFI 2.0的133MB/s、HLNAND1的266MB/s，現在HLNAND2則已高達800MB/s，已有原型機出來。I/O電壓也由3.3V轉變為1.8V，趨勢與DRAM接近。SSD的壽命可以有多久？Flash的P/E cycle以MLC來說從1萬、5,000減至3,000，SLC則從100萬、50萬、10萬朝向更低值。控制晶片的任務就是要把這些數字充分轉化為SSD的壽命，好的控制晶片可以把每個P/E cycle發揮最大價值。例如在Wear leveling方面，好的控制晶片可以控制讓損耗的發生是逐漸的而不只是平均，並且將既有的演算法作最佳表現，例如Garbage collection不但快而且是全域的。事實上，為要達到較長的壽命，光是做到「均分」是遠遠不夠的。因此，Wear leveling要能支援各種型式，包括動態Wear leveling、靜態Wear leveling等。綜合來說，新一代SSD需要強而有力的控制晶片才能讓效能有最佳表現，同時使壽命最長，這些運算都使CPU的負擔加重，而ARM架構的核心則能提供這樣的能力。