Similar presentations:
Технология изготовления твердотелых накопителей - SSD (Solid State Drive)
1. Технология изготовления трёрдотельных накопителей
Технологияизготовления
трёрдотельн
ых
накопителей
Студент гр.13337/1
Снисаренко Михаил
2019
2. Что такое твердотельный накопитель?
На замену магнитным жёстким дискам приходят твёрдотельныенакопители, сокращённо – SSD (Solid State Drive). И хоть в
сокращении упоминается слово drive – "диск", новые устройства
хранения информации трудно назвать дисками, так как в них нет
ничего напоминающего диск.
3. Преимущества SSD перед HDD
Их быстродействие куда выше, чем у HDD
Отсутствие движущихся частей и деталей
Малый вес
Расходуют меньше энергии
4. Устройство SSD-диска
Рядовой твёрдотельный накопительпредставляет собой печатную плату с
установленным на ней набором микросхем
как на рисунке 2 и 3 . Этот набор состоит из
микросхемы NAND-контроллера и, собственно,
микросхем NAND-памяти.
Площадь печатной платы твёрдотельного
накопителя используется по-полной.
Большую её часть занимают микросхемы
NAND-памяти
5. Типы памяти в SSD
Для хранения информации в SSD используется NAND-память,которая состоят из огромного количества полевых
транзисторов (транзисторы с изолированным
полупроводниковым затвором) с плавающим затвором. Их
ещё называют ячейками (памяти). Ячейки объединяются в
страницы по 4 кБайта (409 6 байт), затем в блоки по 1 2 8 страниц,
а далее в массив по 1 0 2 4 блока. Один массив имеет объём 51 2
Мбайт и управляется отдельным контроллером. Такая
многоуровневая модель устройства накопителя наносит
определённые ограничения на его работу. Так, например,
стирать информацию можно только блоками по 51 2 кБайт, а
запись возможна только по 4 кБайт. Всё это приводит к тому,
что записью и чтением информации с микросхем памяти
руководит специальный контроллер.
6.
В USB-флэшках уже давно используется TLC-память, котораяхоть и быстрее "изнашивается", но и стоит гораздо
дешевле. Именно поэтому стоимость USB-флэш и карт
памяти неуклонно снижается.
Несмотря на то, что SSD-диски выпускают различные
компании под своим брендом, NAND-память многие
покупают у небольшого количества её производителей.
Производители NAND-памяти:
Intel/Micron;
Hynix;
Toshiba/SanDisk;
Samsung.
7. Память 3D XPoint и накопители Intel Optane
Память 3 D XPoint и накопители Intel OptaneС относительно недавних пор появились накопители,
которые основаны на новом типе энергонезависимой
памяти 3 D XPoint (читается, как "три ди кросс-поинт"). На
базе 3 D XPoint корпорация Intel выпускает твёрдотельные
накопители под брендом Intel Optane. Разработкой нового
типа памяти занимались две компании Intel и Micron.
8. Контроллеры SSD накопителей
Он обеспечивает обмен данными с шиной(SATA или PCIe), а также управляет
операциями записи/чтения в ячейки
памяти, контролирует состояние ячеек,
выполняет их обслуживание и прочую
вспомогательную работу. От того, насколько
эффективно он этим занимается, и зависит
быстродействие всего накопителя.
9. Контроллеры SandForce
Один из самых распространённыхконтроллеров SandForce – SF2 2 81 .
Данный контроллер поддерживает
интерфейс SATA-3 и встречается в SSDнакопителях Silicon Power, OCZ Vertex 3 , OCZ
Agility 3 , Kingston, Kingmax, Intel (серии Intel
3 3 0 , 52 0 , 3 3 5).
10. Контроллеры Marvell
• Marvell 88SS9 1 7 4. Используется в SSD-дискахмарки Crucial C3 0 0 , M4/C400 , а также Plextor
M5. Данный контроллер зарекомендовал
себя как один из самых недорогих,
надёжных и быстрых.
• Marvell 88SS9 1 87 . Данный контроллер
используется в твёрдотельных
накопителях Plextor серии M5 Pro, M5M, а
также обновлённых M5S. Из новых
особенностей можно отметить DRAMконтроллер с поддержкой до 1 Gb DDR3 .
Также реализована современная система
коррекции ошибок ECC и снижено
энергопотребление
11. Контроллеры LAMD (Hynix)
Компания LAMD (Link A MediaDevices) является
подразделением Hynix.
Контроллеры LM87 80 0 от LAMD
используются в накопителях
Corcair серии Neutron и Neutron
GTX. Сам контроллер LM87 80 0
является восьмиканальным и
поддерживает интерфейс SATA
6Gb/s
Контроллеры LAMD (Hynix)
12. Контроллеры Indilinx
• Everest. Так как компания Indilinx – это дочернее предприятие OCZ, то не удивительно, чтоконтроллер Everest2 входит в основу таких SSD, как OCZ Vertex 4, OCZ Agility 4. Преимуществом
контроллера Indilinx является высокая производительность записи. Также стоит отметить
хорошую сбалансированность – скорости чтения и записи практически одинаковы.
• Barefoot 2 . Основа контроллера – ядро ARM Cortex-M0. Этот SATA II контроллер имеет
поддержку восьми каналов доступа к памяти типа MLC и SLC. В качестве буферной
памяти может использоваться память LPDDR, а также DDR. Ёмкость твёрдотельного
носителя на базе данного контроллера может достигать 51 2 Гб.
• Barefoot 3 . Новейший чип, выполненный по техпроцессу 65 нм и самостоятельно
разработанный фирмой OCZ. Основа контроллера – ARM ядро и со-процессор Aragon (32 бит, 400 МГц). Благодаря поддержке специальных RISC-команд для работы с
твёрдотельными накопителями, этот контроллер является лидером по быстродействию.
Контроллер Barefoot 3 является восьмиканальным и поддерживает интерфейс SATA 6
Гбит/с. На базе этого контроллера фирма OCZ выпускает линейку SSD-дисков под маркой
OCZ Vector.
13. Контроллеры Samsung
В своих твёрдотельных накопителях Samsungиспользует контроллер Samsung MDX. Для
дисков Samsung 840 Pro и Samsung 840
применяется восьмиканальный MDX
контроллер на базе 3 -ёх ядерного чипа ARM
Cortex-R4 (3 0 0 МГц)
14. Микросхема флэш-памяти
Самыми распространенными в настоящее время остаются два типамикросхем флэш-памяти — NOR и NAND. Запоминающие транзисторы в обоих
типах подключены к разрядным шинам — соответственно параллельно и
последовательно. Первый тип — NOR — имеет относительно большие
размеры ячеек и быстрый произвольный доступ (порядка 7 0 нс), что
позволяет выполнять программы непосредственно из такой памяти.
У второго типа — NAND — меньшие размеры ячеек и быстрый
последовательный доступ со скоростью передачи до 1 6 Мбайт/с, что гораздо
удобнее для построения устройств блочного типа, которые используются для
хранения больших объемов информации.
15. Главная проблема — недолговечность
В силу своего устройства флэш-память допускает ограниченное количество циклов стирания изаписи. Дело в том, что флэш-накопители построены на свойстве полевых транзисторов хранить
электрический заряд в «плавающем» затворе. Наличие или отсутствие заряда в транзисторе
рассматривается как логический ноль или логическая единица в двоичной системе счисления. Для
записи и стирания данных в NAND-памяти используется туннелирование электронов методом
Фаулера — Нордхейма через диэлектрик (FN-туннелирование), что не требует высокого напряжения
и позволяет сделать ячейки минимального размера. Однако именно процесс туннелирования
заряда физически изнашивает эти ячейки, поскольку при помощи электрического тока заставляет
электроны проникать в затвор, проходя сквозь барьеры из диэлектрика. Собственно, срок
хранения информации в такой памяти декларируется достаточно длительный — 10 лет, но
изнашивает микросхему памяти не чтение информации, а процессы стирания и записи, ведь
для чтения через канал просто пропускается электрический ток, не изменяющий его структуры.
16. Как создаются твердотельные накопители?
17. Производство SSD начинается с разработки технологии флэш-памяти.
18.
В отличие от жестких дисков, твердотельные накопителииспользуют чипы флэш-памяти для хранения триллионов
бит информации. Чипы флэш-памяти изготовлены на
чистых кремниевых пластинах.
19.
Готовые пластины отправляются на сборку дляобработки.
20. Пластины нарезаны на отдельные микросхемы флэш-памяти и собраны на платах. Сплошной золотой провод используется для подключения
каждого чипа кплате.
21.
После происходит сортировка споследующей проверкой на
соответствие заявленной
производительности и
маркировкой
22. Твердотельные накопители построены на печатных платах.
23. Микросхемы флэш-памяти и другие компоненты устанавливаются на поверхность печатных плат.
24. Собранные монтажные платы проверяются на функциональность и качество. Готовые платы находятся в корпусах SSD.
25. Специальная прошивка загружается на диски для более эффективного управления данными. Каждый SSD проходит серию тестов, которые
могут длиться дошестидесяти часов.
26.
Накопители дополнительно протестированы сразличными материнскими платами для
обеспечения широкой совместимости.
Готовые твердотельные накопители
поставляются клиентам по всему миру, от
потребителей до крупных корпоративных
центров обработки данных.
27. Вопросы
Теория:1.
Что же такое SSD?
2.
Какие преимущества у SSD по сравнению с HDD?
3.
Что используется для хранения информации в SSD?
4.
Для чего нужен контроллер?
5.
В чём главная проблема SSD (флэш-памяти) (развёрнутый ответ)?
Производство:
1.
С чего начинается производство SSD?
2.
Из какого неметалла изготовлены пластины, их которых делают чипы флэш-памяти?
3.
Для чего используется сплошной золотой провод?
4.
На поверхность чего устанавливаются микросхемы флэш-памяти и другие компоненты?
5.
Можно ли сразу отправлять собранный SSD клиенту(развёрнутый ответ)?