- ClearNAND閃存改善系統(tǒng)設計

　　卷尋址概念有兩層含義。第一層是為每個ClearNAND 封裝確定卷地址。卷地址僅在初始化時分配一次，并保存到電源重啟為止。第二層含義是卷選擇指令本身，在這個新指令后面緊跟一個單字節(jié)(實際上只有4位)卷地址。一旦目標地址被選擇，該地址就會保持被選狀態(tài)，直到另一個卷被選擇為止。這可以節(jié)省很多使能引腳。例如，一個32通道SSD需要8個使能引腳來控制兩個8裸片標準NAND封裝。上述32通道SSD示例需要總共256個使能引腳，而增強型ClearNAND卷尋址功能對相同數(shù)量的NAND閃存進行尋址只需32個使能引腳。此外，這相同的32個使能引腳可尋址容量是現(xiàn)有容量的八倍。

　　電子數(shù)據(jù)映像

　　增強型ClearNAND支持電子數(shù)據(jù)映像，這允許通過電子方式將數(shù)據(jù)總線信號順序重映射為兩種配置之一。這個功能對于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)送一個復位或FFh指令。為完成電子DQ映像，在執(zhí)行完FFh指令后，主處理器必須接著執(zhí)行傳統(tǒng)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(shù)據(jù)總線直接排在正面閃存的后面，這不僅可以改善PCB的布線，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(xiàn)有的ready/busy#引腳重新定義為一個中斷引腳。如圖6所示，interrupt#信號仍是開漏信號，當ClearNAND卷或裸片就緒時，它提供一個實時中斷信號。設計人員可以利用這個中斷信號向主處理器或SSD控制器提供閃存實時狀態(tài)。在一條總線上支持多個ClearNAND封裝的大型配置中，interrupt#信號線可以連接在一起。當檢測到一個中斷信號時，主處理器或SSD控制器只要詢問每個ClearNAND 封裝或卷，即可知道是哪個卷發(fā)送的新狀態(tài)信息。這個中斷功能可節(jié)省主處理器或SSD控制器上的信號數(shù)量，同時提高SSD控制器對狀態(tài)更新的響應能力。

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　　內部回寫

　　內部回寫功能又稱為內部數(shù)據(jù)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閃存頁面和區(qū)塊內的數(shù)據(jù)碎片，并將其合并成新的區(qū)塊或區(qū)塊序列，這個功能類似老式硬盤的磁盤碎片整理工具。對于這類操作，回寫功能可為SSD系統(tǒng)提供巨大的優(yōu)勢。

　　再來看圖2，當使用標準NAND閃存時，將數(shù)據(jù)碎片從一個區(qū)塊轉移到另一個區(qū)塊通常需要執(zhí)行下列操作：

　　SSD控制器發(fā)布一個READ指令和源地址以訪問數(shù)據(jù)源頁;SSD控制器從NAND閃存讀取數(shù)據(jù)，同時執(zhí)行運算和必要的ECC糾錯操作，然后實現(xiàn)數(shù)據(jù)或元數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)序列，該操作將把數(shù)據(jù)保存到新的NAND閃存區(qū)塊內。

　　在這個連續(xù)的操作過程中，當數(shù)據(jù)從源地址移到目的地址時，總線處于被占用狀態(tài)，這個操作過程需要很長時間。假設一個8K的存儲頁，工作在200MT/s的ONFI 2.2同步總線需要大約 41μs來移動數(shù)據(jù)。因為數(shù)據(jù)必須移出再移進閃存，所以需要兩倍的時間即82μs，但這個時間不包含ECC所花費的時間。在執(zhí)行這個序列的過程中，ONFI閃存總線始終處于占用狀態(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(shù)據(jù)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(zhí)行回寫操作。SSD控制器仍負責發(fā)布指令和地址，以及經修改的數(shù)據(jù)或元數(shù)據(jù)。ClearNAND控制器執(zhí)行數(shù)據(jù)遷移操作，而不會占用外部的ONFI數(shù)據(jù)總線。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SSD通道上，我們看到有四個內部數(shù)據(jù)遷移操作同步進行，數(shù)據(jù)移動并沒有占用外部ONFI總線。在必要時，這個特性允許SSD控制器和ONFI總線在ClearNAND封裝之間遷移數(shù)據(jù)。根據(jù)用戶所使用的架構，某些操作可能需要在ClearNAND封裝之間甚至ONFI總線之間進行。利用內部數(shù)據(jù)遷移操作，可大幅提升碎片清理和損耗均衡操作的性能。

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　　本文小結

　　美光公司的增強型ClearNAND閃存為系統(tǒng)設計人員提供更高的性能和更多的功能，同時緩解了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，用戶可以設計出同時支持這兩種封裝的產品。例如，該產品將使SSD主控制器擁有充足的ECC糾錯能力來直接支持SLC NAND閃存，選擇增強型ClearNAND閃存還能滿足ECC面臨更大挑戰(zhàn)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現(xiàn)更大容量尋址，從而為SSD方案中節(jié)省數(shù)百個引腳。電子數(shù)據(jù)映像功能可簡化PCB設計和走線，同時還能提高ONFI總線的信號完整性。智能中斷功能向SSD控制器提供實時狀態(tài)更新信息，并最大限度地縮小對固件的輪詢。兩路內部NAND閃存總線可改善回寫功能，從而提高閃存的性能。