鐵之狂傲

 取回密碼
 註冊
搜尋

切換到指定樓層
1#
  從消費級SSD(固態硬碟)進入普通人的視野以來,SandForce(已被LSI收購)的SF系列主控一度成了SSD主控的代名詞,高中一般的SSD幾乎都能見到SF主控的身影,即便是到現在SF-2281主控依然是大量SSD的第一選擇。雖然SF-2000系列主控並不落伍,不過SandForce日前還是宣佈了新一代主控——SF-3700系列,從2012年CES展會上首次透露下一代主控開始,現在終於能看到下一代SSD主控的身影了。

    SandForce之前的兩代(消費級)SSD主控SF-1200和SF-2200系列實際上有很多相似之處,SF-2200主控的架構源於SF-1200,而SF3700系列相比前兩代來說完全不同,它雖然繼承了很多SF的技術,比如DuraWrite壓縮算法、RAISE等等,但它是一種全新設計的架構,雖然這並不是我們第一次看到新架構主控,之前Intel在DC  S3700企業級固態硬碟上就使用過針對下一代的主控架構設計了。
    現在SandForce已經被LSI收購,後者在企業級儲存控製器市場上是一哥,因此SF-3700主控要有一定的前瞻性,要考慮適應近來出現的新技術。對於SF-3700新一代主控的詳細設計和特點,Anandtech網站詳細刊文做了分析。

  相比前代產品,SandForce的SF37000主控更加模組化,SoC處理器的前端、核心及後端都是模組化設計的,這樣它支援3D NAND這樣的新類型快閃記憶體會更加容易,支援新介面標準也一樣更容易。目前正處於SATA介面和PCI-E介面的過渡期,展望PCI-E  2.0之後的介面標準,前端模組化設計可以方便地應對這個過程。
  後端部分,SF-3700主控有9個NAND通道,相容Toggle及ONFi類型的NAND快閃記憶體。SandForce的主控在支援各種各樣的快閃記憶體類型上一直做得很好,SF3700也不例外。廠商可以選擇市面上的各種NAND快閃記憶體(包括TLC快閃記憶體),SandForce可以、而且會很快針對未來的NAND快閃記憶體類型提供支援。
  與之前的SF主控一樣,SF3700也不需要外部DRAM快取,NAND映射表及其他重要數據都是儲存在SF3700主控的內部DRAM快取中。
  任何一個現代的SSD主控都不可能繞過PCI-E介面支援,SF3700主控同樣支援SATA 6Gbps及PCI-E 2.0 x4(註:沒看到SATA  Express,雖然標準早在今年就公佈了)介面,而且是單晶片同時支援這兩種介面。廠商可以在驅動層自行決定支援哪種介面,使用者不能自己切換兩種介面,不過廠商(drive  maker)可以在SATA和PCI-E之間切換。
SF3700主控家族成員
lsi-sandforce-sf3700-10.png
SF3700主控家族成員


  目前規劃中的SF3700主控成員有4個,從低到高分別是SF3719、SF3729、SF3739和SF3759,SF3719主打入門級PC,支援SATA  6Gbsp和PCI-E 2.0 x2介面,它跟SF3929的介面類型是一樣的,不過SF3719的韌體功能更少,這兩個主控的建議SSD規格是M.2介面(NGFF介面)。
  從SF3739開始就不再支援SATA介面,全面轉向PCI-E介面,主打發燒級及價值型企業級儲存市場。他們支援完整的斷電保護功能( power-loss  protection),不過這個功能也是可以由OEM廠商決定支援與否的,目前SF-2200系列並不支援斷電保護功能,因為這是企業級SSD主控才支援的功能。
  SF3759是唯一一個真正針對企業級儲存的主控產品,具備一些企業級主控才有的功能。
SF3700主控公版SSD
lsi-sandforce-sf3700-9.png
使用SF3700主控的公版SSD

  距離SF3700主控SSD正式上市開賣還有幾個月的時間,不過LSI提供了一些公版SF3700主控固態硬碟的性能數據,容量為256GB和512GB,結果如下:


  SATA 6Gbps介面的SSD中,連續讀取速度為550MB/s,連續寫入502MB/s,隨機讀取性能94K IOPS,隨機寫入46K IOPS,這個性能跟目前的SF-2281主控SSD相比並沒有什麼驚喜,看起來SATA  6Gbps介面真的要達到性能瓶頸了。
  PCI-E 2.0 x4介面SSD中,連續讀寫速度達到1.8GB/s,隨機讀寫IOPS分別達到了150K、81K,這個性能就很強大了,PCI-E  2.0 x4的理論速度也不過2GB/s,SF3700主控已經實現了9成功力。
    在LSI自己的測試中,早期的韌體已經可以實現1.45GB/s的速度了,功耗指標還沒有最終定下來,不過LSI表示現在的功耗大約是4W,他們正在通過韌體最佳化來降低功耗,待機功耗可能比SF-2200系列還要低,也會支援目前的DevSleep等節能技術。
lsi-sandforce-sf3700-5.png
SF3700主控的延遲

    企業級儲存注意的還有IO延遲,這也是SF3700主控優先考慮的地方。SF-2000主控在這一點上表現始終如一,現在很高興看到SF3700主控繼續優先處理這個問題,LSI表示SF3700的寫入延遲99.99%都小於170微秒。
改進DuraWrite算法
  SF主控最為獨特的地方就是在於支援DuraWrite技術,SF專利的壓縮算法可以減少NAND的寫入量,SF3700主控上的DuraWrite技術也做了改進,LSI宣稱它可以顯著地減少數據寫入量。簡單來說就是,SF3700可以進一步壓縮低熵數據,這可以降低寫入放大,這意味着更高的使用壽命、更高的性能,不過高熵數據本來沒有多少壓縮空間了,因此改善並不大。



兩級RAISE



  除了DuraWrite壓縮算法,SF主控一般還支援RAISE(Redundant Array of Independent Silicon  Elements,獨立矽冗餘陣列)技術,原來的RAISE技術只能保護單頁面(page)或者區塊(block)錯誤,不過SF3700主控上的RAISE提供了兩級RAISE保護,開啟第二級RAISE之後,磁碟可以承受的住多個頁面、區塊甚至整個核心(die)的錯誤。
    當然,兩級RAISE的缺點就是需要更多的空間用於冗餘備份,這裡的情況下需要兩個die的容量。磁碟要麼通過減少OP空間分配給另一個die,要麼就直接切換回一級RAISE,也就是目前的RAISE狀態。
    前面提到SF3700主控支援9個通道,現在可以來解釋一下第9個通道的作用了,OEM廠商需要第9個通道來克服兩級RAISE造成的容量損失。OEM廠商不需要在更高的容量和RAISE中做選擇,他們可以將第9個通道分配給RAISE,這樣還能剩下8個通道用於數據傳輸(實際上RAISE的負載還是均勻分配給所有9個通道)。OEM廠商可以設計288GiB容量的固態硬碟,實際出售時標記容量為256GB,這時RAISE佔據了32GiB的容量,而7%的OP空間實際上在單位換算中扣除了(詳情可以參考這個測試),當然,實際上減少的數據空間並不是第9片NAND快閃記憶體,而是這9片NAND快閃記憶體的每一個都有一小部分空間被RAISE占用。
  RAISE最終的新功能實際上Fractional  RAISE(分散式RAISE),之前的RAISE功能占用是一整個die,實際上並不怎麼有效。比如64GiB容量的SSD要被佔據1/8的空間,剩下的容量只有56GB了,從市場角度來看這可沒什麼吸引力,消費者不樂意看到自己買的容量被降低了。SF3700主控的分散式RAISE相當於占用了每個die的一小部分容量,總體占用的比一個die容量要小,這樣OEM廠商就能不減少可用容量的情況下使用RAISE技術了。
  當然,分散式RAISE技術並不能阻止整個die錯誤,但他依然要比小容量SSD之前有過的功能(實際上就是沒有RAISE功能)要好。
Shield錯誤糾正技術
lsi-sandforce-sf3700-7.png
Shield錯誤糾正技術



  SF3700主控的最後一個功能是Shield(歐美公司都喜歡用這個名字啊),LSI也升級了SSD主控的錯誤糾正技術。隨着NAND製程工藝的升級,NAND讀寫或者編程中出現錯誤的可能也在增加,隨着NAND快閃記憶體的使用時間,錯誤率也會增加,快閃記憶體剛開始使用時的ECC糾正跟接近使用壽命時的ECC錯誤是完全不成比例的。
  Shield技術通過不同的ECC算法找出性能與可靠性之間的最佳平衡,一開始的時候Shield擁有低延遲的ECC表現,但是當錯誤不斷增多的時候,Shiled就會進入更複雜的狀態,此時為了保證可靠性就要犧牲一定的延遲了。
  Shield可以根據分配給儲存ECC數據的空間來決定這個折衷效果,SF3700提供了選項用於分配儲存ECC數據的NAND容量比例。理論上,在SSD使用初期它可以更你更多的可用容量,而隨着NAND的使用時間增加,它也可以帶來更高的可靠性(前提是犧牲更多的可用容量)。不過這個功能需要OS支援,因此不要期待這個功能能應用到現在的大多數消費級SSD上。
  LSI希望通過Shield及對應代碼的應用,可以把10nm等級的NAND的P/E次數從3000次提高到1萬8千次左右。
總結


  作為下一代的SSD主控,SF3700有無限可能。如果LSI決定把性能提高到預期水準,那麼SF3700將成為最快的消費級PCI-E解決方案。LSI開發SF3700的目的就是設計一個可以應對目前及未來NAND挑戰的主控。隨着NAND製程工藝的提升,類似DureWrite、RAISE這樣的技術在主控中變得越來越重要,因為NAND的壽命、可靠性及性能都在隨着製程工藝提升而下降。   原文作者表示希望SandForce能從以往的SF-2200主控的錯誤中學到教訓,在公開發布之前要確保產品沒有問題(不知道這裡是在指什麼問題了,SF-2200主控進來出問題的就是AES-256加密支援的問題)。另外,作者還擔心一個問題,那就是SandForce這個牌子以後是否還會存在,因為現在已經被LSI收購了,現在的SF-3700主控是在LSI輔助下完成的,也使用了LSI的資源。
  此外,現在距離SF3700主控真正上市還有段時間,韌體還處於早期階段,還需要幾個月的時間,有可能在明年年中才能看到有對應的產品發布。
 
轉播0 分享0 收藏0

回覆 使用道具 檢舉

你需要登入後才可以回覆 登入 | 註冊

存檔|手機版|聯絡我們|新聞提供|鐵之狂傲

GMT+8, 24-12-13 05:57 , Processed in 0.023876 second(s), 18 queries , Gzip On.

回頂部