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天碩工業(yè)級M.2 NVMe SSD固態(tài)硬盤主控芯片構(gòu)建高可靠存儲核心機(jī)制

 2025-07-11 15:11  來源: 互聯(lián)網(wǎng)   我來投稿 撤稿糾錯

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天碩G55 Pro M.2 NVMe工業(yè)級SSD以自研PCIe Gen3x4主控+100%純國產(chǎn)元器件實現(xiàn)了3600MB/s高速讀取,-55℃~85℃的超寬溫域穩(wěn)定運行;以硬件級PLP掉電與固件協(xié)同保護(hù)全盤,支持智能軟銷毀功能。天碩(TOPSSD)工業(yè)級固態(tài)硬盤滿足工業(yè)級抗振耐沖擊標(biāo)準(zhǔn),擁有200萬小時+ MTBF高可靠認(rèn)證及GJB2017體系背書,精準(zhǔn)契合國產(chǎn)化存儲對高性能、高可靠、高耐用的嚴(yán)苛需求。

本文將帶你了解固態(tài)硬盤(SSD)主控芯片的主要內(nèi)部管理功能。

在固態(tài)硬盤的內(nèi)部運作中,主控芯片不僅負(fù)責(zé)在緩存與外部接口之間協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)的傳輸流動,還承擔(dān)著至關(guān)重要的內(nèi)部管理功能:磨損均衡、垃圾回收、壞塊管理和數(shù)據(jù)糾錯等,來保障閃存芯片健康工作、提升硬盤可靠性和使用壽命。

1.磨損均衡

NAND閃存固有的物理特性決定了其每個浮柵晶體管的可擦寫次數(shù)存在上限。每次執(zhí)行數(shù)據(jù)的擦寫操作,施加在存儲單元上的電場都會不可避免地?fù)p耗其內(nèi)部的隧穿層。隨著這層絕緣物質(zhì)會逐漸變薄,最終可能導(dǎo)致晶體管失效,完全失去存儲能力。

為了最大限度地利用整顆閃存芯片的總擦寫壽命,主控芯片會執(zhí)行磨損均衡策略。這一機(jī)制的本質(zhì)是將數(shù)據(jù)的寫入和擦除請求,智能地、均勻地分配到閃存的各個物理區(qū)塊(Block)上,確保所有區(qū)塊的磨損程度趨于一致。

2.垃圾回收

由于 NAND 閃存只能以“頁”為單位寫入、以“塊”為單位擦除,導(dǎo)致即便用戶只修改了少量數(shù)據(jù),也可能引發(fā)整塊數(shù)據(jù)的重寫。這意味著在修改數(shù)據(jù)之前,必須先讀取整個塊、修改其中的數(shù)據(jù)、擦除原塊、再重新寫入。這個過程叫寫放大(Write Amplification)。

主控芯片通過引入垃圾回收機(jī)制來緩解這一問題。當(dāng)系統(tǒng)檢測到某一區(qū)塊中的有效數(shù)據(jù)比例下降,就會主動將該區(qū)塊中仍然有效的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移至其他空閑區(qū)塊,再對原區(qū)塊執(zhí)行擦除操作,使其恢復(fù)為可寫狀態(tài)。

3.壞塊管理

閃存單元有時會在使用過程中發(fā)生不可逆的損壞,形成壞塊(Bad Block)。壞塊內(nèi)的數(shù)據(jù)無法被正確讀取或?qū)懭?,若放任不管,將直接?dǎo)致數(shù)據(jù)丟失或錯誤。

因此,主控芯片的另一項關(guān)鍵職責(zé)就是壞塊管理

識別標(biāo)記: 主動監(jiān)測并標(biāo)記出發(fā)生損壞的壞塊。

安全轉(zhuǎn)移: 迅速將壞塊中存儲的有效數(shù)據(jù)搬遷至其他健康的區(qū)塊。

主動規(guī)避: 在后續(xù)的寫入和擦除操作中,避開已被標(biāo)記的壞塊位置。

冗余替換: 在必要時啟用出廠預(yù)置的備用區(qū)塊資源,直接替換掉壞塊。

4.數(shù)據(jù)糾錯

與機(jī)械硬盤相比,NAND 閃存更容易在讀取過程中出現(xiàn)位翻轉(zhuǎn)(bit flip)或偶發(fā)性錯誤。這就需要主控芯片通過糾錯碼(ECC)來確保數(shù)據(jù)安全和可靠性:在每次數(shù)據(jù)寫入時,主控芯片會對原始數(shù)據(jù)生成特定的糾錯碼,并將其一并寫入 NAND。當(dāng)再次讀取該數(shù)據(jù)時,主控芯片利用糾錯碼比對讀取結(jié)果,自動修正少量錯誤位。

綜上所述,SSD的核心在于利用浮柵晶體管捕獲電子實現(xiàn)斷電存儲;其特有的擦除后寫入機(jī)制和塊擦除粒度等決定了需要復(fù)雜的管理策略。主控芯片支撐了整個SSD管理體系的高效運行,其算法的優(yōu)劣對SSD的性能、壽命和穩(wěn)定性至關(guān)重要。

天碩(TOPSSD)堅定自主創(chuàng)新戰(zhàn)略,其產(chǎn)品搭載自主研發(fā)的主控芯片。通過擁有“大腦”的核心話語權(quán),天碩SSD精準(zhǔn)驅(qū)動每一顆閃存顆粒發(fā)揮極致效能,確保用戶能獲得穩(wěn)定、高速、可靠、持久的數(shù)據(jù)存儲體驗。

關(guān)于天碩(TOPSSD)

天碩秉承“中國芯,存未來”的品牌理念,以構(gòu)筑自主可控、安全可靠的存儲基石為己任,致力于充分滿足高性能工業(yè)級算力引擎的嚴(yán)苛需求。其提供豐富的產(chǎn)品形態(tài)組合,包括2.5”SATA、mSATA、M.2 SATA 2280、M.2 NVMe 2242、M.2 NVMe 2280、U.2、XMC、BGA SSD及各類加固型工業(yè)固態(tài)硬盤。產(chǎn)品采用長江存儲閃存顆粒、長鑫DDR等國產(chǎn)核心元器件,全面適配飛騰、龍芯等國產(chǎn)自主芯片平臺。更多信息,詳見TOPSSD官方網(wǎng)站。

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