ClearNAND閃存改善系統設計

　　電子數據映像

　　增強型ClearNAND支持電子數據映像，這允許通過(guò)電子方式將數據總線(xiàn)信號順序重映射為兩種配置之一。這個(gè)功能對于PCB正反兩面都安裝ClearNAND閃存的高密度設計非常有用。利用一個(gè)特殊的初始化或復位序列，ClearNAND封裝能夠以電子方式檢測閃存是安裝在PCB的正面還是背面。例如，通常的做法是在上電后向閃存發(fā)送一個(gè)復位或FFh指令。為完成電子DQ映像，在執行完FFh指令后，主處理器必須接著(zhù)執行傳統的READ STATUS(70h)指令。安裝在PCB正面的閃存檢測到FFh-70h命令序列;而安裝在PCB背面的閃存則檢測到FFh-0Eh命令序列，并向主處理器確認這是背面閃存封裝，然后重新將數據總線(xiàn)直接排在正面閃存的后面，這不僅可以改善PCB的布線(xiàn)，還能提高信號完整性。

　　Ready/Busy#被重新定義為中斷

　　增強型ClearNAND閃存將現有的ready/busy#引腳重新定義為一個(gè)中斷引腳。如圖6所示，interrupt#信號仍是開(kāi)漏信號，當ClearNAND卷或裸片就緒時(shí)，它提供一個(gè)實(shí)時(shí)中斷信號。設計人員可以利用這個(gè)中斷信號向主處理器或SSD控制器提供閃存實(shí)時(shí)狀態(tài)。在一條總線(xiàn)上支持多個(gè)ClearNAND封裝的大型配置中，interrupt#信號線(xiàn)可以連接在一起。當檢測到一個(gè)中斷信號時(shí)，主處理器或SSD控制器只要詢(xún)問(wèn)每個(gè)ClearNAND 封裝或卷，即可知道是哪個(gè)卷發(fā)送的新?tīng)顟B(tài)信息。這個(gè)中斷功能可節省主處理器或SSD控制器上的信號數量，同時(shí)提高SSD控制器對狀態(tài)更新的響應能力。

　　內部回寫(xiě)

　　內部回寫(xiě)功能又稱(chēng)為內部數據遷移(internal data move)，是增強型ClearNAND 閃存最引人注目的特性之一。閃存的損耗均衡或碎片清理操作是指整理不同的NAND閃存頁(yè)面和區塊內的數據碎片，并將其合并成新的區塊或區塊序列，這個(gè)功能類(lèi)似老式硬盤(pán)的磁盤(pán)碎片整理工具。對于這類(lèi)操作，回寫(xiě)功能可為SSD系統提供巨大的優(yōu)勢。

　　再來(lái)看圖2，當使用標準NAND閃存時(shí)，將數據碎片從一個(gè)區塊轉移到另一個(gè)區塊通常需要執行下列操作：

　　SSD控制器發(fā)布一個(gè)READ指令和源地址以訪(fǎng)問(wèn)數據源頁(yè);SSD控制器從NAND閃存讀取數據，同時(shí)執行運算和必要的ECC糾錯操作，然后實(shí)現數據或元數據的更新操作;SSD控制器計算并加入新的ECC信息，然后發(fā)布新的PROGRAM指令、目的地址和數據序列，該操作將把數據保存到新的NAND閃存區塊內。

　　在這個(gè)連續的操作過(guò)程中，當數據從源地址移到目的地址時(shí)，總線(xiàn)處于被占用狀態(tài)，這個(gè)操作過(guò)程需要很長(cháng)時(shí)間。假設一個(gè)8K的存儲頁(yè)，工作在200MT/s的ONFI 2.2同步總線(xiàn)需要大約 41μs來(lái)移動(dòng)數據。因為數據必須移出再移進(jìn)閃存，所以需要兩倍的時(shí)間即82μs，但這個(gè)時(shí)間不包含ECC所花費的時(shí)間。在執行這個(gè)序列的過(guò)程中，ONFI閃存總線(xiàn)始終處于占用狀態(tài)，不能處理其它任何操作。

　　與普通閃存不同，增強型ClearNAND閃存支持內部ECC。假如數據的源地址和目的地址都在ClearNAND封裝內，采用內部ECC可以在封裝內部執行回寫(xiě)操作。SSD控制器仍負責發(fā)布指令和地址，以及經(jīng)修改的數據或元數據。ClearNAND控制器執行數據遷移操作，而不會(huì )占用外部的ONFI數據總線(xiàn)。如果SSD控制器能夠把損耗均衡和碎片清理功能整合在一個(gè)ClearNAND封裝內，它將在性能方面具有更強的優(yōu)勢。

　　圖7所示是一個(gè)在標識為通道0和通道1的兩路ONFI通道上采用增強型ClearNAND閃存的示例。在兩個(gè)SSD通道上，我們看到有四個(gè)內部數據遷移操作同步進(jìn)行，數據移動(dòng)并沒(méi)有占用外部ONFI總線(xiàn)。在必要時(shí)，這個(gè)特性允許SSD控制器和ONFI總線(xiàn)在ClearNAND封裝之間遷移數據。根據用戶(hù)所使用的架構，某些操作可能需要在ClearNAND封裝之間甚至ONFI總線(xiàn)之間進(jìn)行。利用內部數據遷移操作，可大幅提升碎片清理和損耗均衡操作的性能。

　　本文小結

　　美光公司的增強型ClearNAND閃存為系統設計人員提供更高的性能和更多的功能，同時(shí)緩解了NAND閃存對ECC糾錯能力的日益嚴格的要求。增強型ClearNAND閃存支持與標準100-Ball BGA NAND閃存相似的焊球排列，用戶(hù)可以設計出同時(shí)支持這兩種封裝的產(chǎn)品。例如，該產(chǎn)品將使SSD主控制器擁有充足的ECC糾錯能力來(lái)直接支持SLC NAND閃存，選擇增強型ClearNAND閃存還能滿(mǎn)足ECC面臨更大挑戰的多級單元需求。

　　增強型ClearNAND閃存的卷尋址特性可使用更少的引腳實(shí)現更大容量尋址，從而為SSD方案中節省數百個(gè)引腳。電子數據映像功能可簡(jiǎn)化PCB設計和走線(xiàn)，同時(shí)還能提高ONFI總線(xiàn)的信號完整性。智能中斷功能向SSD控制器提供實(shí)時(shí)狀態(tài)更新信息，并最大限度地縮小對固件的輪詢(xún)。兩路內部NAND閃存總線(xiàn)可改善回寫(xiě)功能，從而提高閃存的性能。