TLC闪存不同往昔,新技术提升固态硬盘性能与寿命

在很多人的印象中,TLC闪存意味着写入慢、寿命低,而随着技术的进步,这些TLC闪存与生俱来的缺陷正在逐渐被修补和完善,不仅写入比以前快了,写入寿命也取得了长足的进步,这些到底是怎样实现的呢?一起来看介绍吧。

Copy-Back释放SLC Cache,提升写入性能:

简单来说,Copy Back就是在不经外部缓存,在闪存内部通过页寄存器中转完成将一个闪存页的数据拷贝到另外一个页的功能。由于减少了对闪存外部DRAM缓存以及主控运算的需要,Copy Back模式可以提高闪存的写入性能。或许会有人奇怪,好好的为什么要把数据在闪存内部“挪地儿”呢?固态硬盘内部垃圾回收以及磨损均衡等操作都是需要数据在闪存内部挪地儿放的,而Copy Back模式能显著提高这些操作的效率。

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到了TLC闪存时代,Copy Back又多了一项特别用途:加速SLC Cache的释放。对于所有TLC固态硬盘来说,由于编程步骤的限制,所有写入的数据都必须先进入SLC Cache缓存区,然后再释放到TLC区域,这就涉及到了数据在闪存内部的移动。如果在SLC Cache释放为TLC状态的过程中使用Copy Back模式,就能大幅提高TLC闪存的写入性能。

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如上图所示,作为东芝第一代TLC固态硬盘,老版的Q300使用东芝TC58NC1000GSB主控搭配东芝A19 TLC闪存,由于没有使用Copy Back模式,SLC Cache缓存区写满后的释放操作更多的需要主控运算参与,写入性能因此受到比较大的影响,写入速度波动较大。

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而到了东芝新版Q300之后,主控还是那颗TC58NC1000GSB,闪存换成东芝15nm TLC,同时固件升级到SAFM12.2,新增了对Copy Back的支持。

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还是使用HDTune文件基准测试,由于SLC Cache的释放过程可以在闪存内部自动完成,减少了对主控的依赖,写入性能大幅提升,速度曲线也更为平滑稳定,平均写入速度提高16%以上。

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当前老版Q300已经完全退市,在售的全部是速度更快的新版Q300,无需拆开看颗粒,通过固态硬盘背面标签上的固件版本识别,FW SAFM 12.2或FW SAFM12.3均为新版Q300。

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LDPC纠错延长写入寿命:

在过去很长一段时间内,固态硬盘所用的纠错技术一直是BCH纠错码。随着闪存制程更替,对于纠错能力的要求也不断提升,在添加了Read Retry等高级特性的Advanced BCH算法之后,LDPC纠错算法也逐渐被越来越多的固态硬盘采用。

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相比传统BCH算法,LDPC纠错能力更强,从而可以将TLC闪存擦写循环次数提高到接近MLC的水平。

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LDPC并没有具体的算法可以依循,各家固态硬盘研发企业使用自己独有算法,比如东芝的QSBC就是在标准LDPC之上增强了8倍纠错效果。

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除了LDPC纠错之外,磨损均衡机制将保障固态硬盘内不同位置闪存的寿命消耗速度。过去动态磨损均衡只能在动态数据和空白空间内进行均衡,尽量挑选写入次数少的位置写入。在动态磨损均衡之上的静态磨损均衡算法则可将操作系统文件等静态数据一并纳入到磨损均衡当中,在写入时如果有静态文件占据了写入次数少的位置,将主动搬运静态文件到擦写次数较多的位置,优先让出年轻的区块进行新的动态数据写入,达到延长固态硬盘整体寿命的目的。

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