一种基于嵌入式磁旋存储芯片的固态硬盘控制器芯片架构 优先出版.pdf

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1、硬件与结构HardwareandArchitecture一种基于嵌入式磁旋存储芯片的固态硬盘控制器芯片架构李炜(中电海康集团有限公司，浙江杭州311121)摘要:传统企业级固态硬盘存储芯片采用外接DＲAM(DynamicＲandomAccessMemory)颗粒的方式来存储闪存地址转换映射表，不仅成本高，占用面积大，还需要设计复杂的掉电保护流程和额外的备电保持电容。利用新型磁旋存储芯片的掉电非易失特性，以及密度高、速度快、功耗低、数据保持时间长、可擦写次数无限等特点，提出了一种基于嵌入式磁旋存储芯片的固态硬盘控制器架构方案，能够大大简化控制器芯片的掉电异常流程和备电设计，节省固态硬盘内部

2、的备电电容成本，有效支撑固态硬盘的容量提升。关键词:磁旋存储芯片;固态硬盘;芯片架构;嵌入式中图分类号:TN492文献标识码:ADOI:10．19358/j．issn．1674-7720．2017．01．009引用格式:李炜．一种基于嵌入式磁旋存储芯片的固态硬盘控制器芯片架构［J］．微型机与应用，2017，36(1):29-31．ASSDcontrollerarchitecturebasedonembeddedSTT-MＲAMLiWei(ChinaElectronicsTechnologyHIKGroupCo．，Ltd．，Hangzhou311121，China)Abstract:Tra

3、ditionalenterpriseSolid-StateDisk(SSD)memorychipusesexternalDynamic-Ｒandom-Access-Memory(DＲAM)tostoretheflashaddresstranslatelayermappingtable(FTL)，thismethodishighcost，bigareaoccupied，alsoneedscomplexpower-lossprotectionflowandextrapowerbackupcapacitor．Byusingnewnon-volatilememory(NVM)likeSpin-T

4、ransfer-TorqueMagneticＲandomAccessMemory(STT-MＲAM)，ithasalotofbenefitssuckasnon-volatile，highdensity，highspeed，lowpower，longdataretentiontimeandunlimitedprogram/erasecycle，proposedanewSSDcontrollerarchitecturebyusingembeddedSTT-MＲAM．Thisproposalcangreatlysimplifythecontrollerpower-lossprotectionf

5、lowandpowerbackupdesign，savethepowercapacitorcostinsideSSD，alsocansupporttheSSDbigcapacityrequirement．Keywords:STT-MＲAM;SolidStateDisk(SSD);architecture;embedded0引言随着大数据和云计算的发展，大量的数据需要进行存储，另一方面，随着NAND闪存(NANDFlash)工艺的进步和良率的提升，固态硬盘(SolidStateDisk，SSD)的成本已经下降至接近企业级机械硬盘(HardDiskDrive)相当的水平，SSD在服务器、数据

6、中心以及存储系统中的应用越图1主流SSD控制器芯片架构图来越广泛。传统的企业级SSD控制器大多采用基于DＲAM方案当前的固态硬盘控制器芯片分为前端主机接口模块、的数据和表项存储方案，不仅设计难度大，掉电异常流程系统管理模块、后端Flash接口模块几个主要的部分。复杂，而且在SSD盘内需要占用大量的空间用来摆放备前端主机接口模块主要负责接收和处理主机侧下发电钽电容，既增加了成本又制约了盘内利用空间，无法做的读写命令并将数据接收下来存到DＲAM中。企业级到SSD的容量提升。SSD中，由于对性能要求高，前端主机接口基本上选用基本文将嵌入式磁旋存储芯片(Spin-Transfer-Torque于

7、NVMe(Non-VolatileMemoryExpress)协议的第三代MagneticＲandomAccessMemory，STT-MＲAM)应用于SSDPCIe(PCIExpress)的接口，除此之外，SAS(SerialAttached控制器芯片架构设计中，能够简化掉电异常流程，节省SCSI)12G和SATA(SerialATA)接口也是当前SSD前端SSD盘内备电电容，并可以提升硬盘容量达30%以上。主机接口的主流协议。1