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nand flash 用途神奇的ECC，可将内存的成本进一步降低

发布时间 : 2024-11-24

作者 : 小编

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神奇的ECC，可将内存的成本进一步降低

高端消费产品、网络和工业系统等内存密集型应用程序正面临着成本压力，这促使工程师寻找在提高性能的同时降低系统成本的新方法。错误码校正(ECC)是NAND闪存中维护可靠性和延长内存寿命的关键技术。为了在市场上实现基于NAND闪存的系统有更好的效率，与集成ECC的架构相比，开发人员更加倾向于在主机MCU中实现ECC架构。

本文将探讨集成的和基于主机的ECC之间的差异，比较一下每种方法对系统性能、可靠性和最终成本的影响。

ECC

简单说一下什么叫ECC。ECC内存即纠错内存，简单的说，其具有发现错误，纠正错误的功能，一般多应用在高档台式电脑/服务器及图形工作站上，这将使整个电脑系统在工作时更趋于安全稳定。

内存在其工作过程中难免会出现错误，而对于稳定性要求高的用户来说，内存错误可能会引起致命性问题。内存错误根据其原因还可分为硬错误和软错误。硬件错误是由于硬件的损害或缺陷造成的，因此数据总是不正确，此类错误是无法纠正的；软错误是随机出现的，例如在内存附近突然出现电子干扰等因素都可能造成内存软错误的发生。

当为一个系统选择闪存时，开发人员可以在NAND和NOR技术之间进行选择。NAND单元比NOR单元小，所以NAND的每位成本比NOR内存低。这反过来导致NAND闪存比NOR闪存可用的密度更高。此外，与NAND相比，NOR单元背后的物理原理导致了更长的程序擦除(P/E)时间。由于这些优点，NAND正以越来越快的速度被采用。

传统上NAND闪存的缺点是耐久性和读取性能较慢。随着时间的推移，NAND单元磨损或失去保持程序值的能力，将影响内存位转换状态。当一个块（Block）开始磨损时，它的数据可以转移到另一个块。随着单元的退化，为了防止数据丢失，我们便采用ECC技术。

ECC使用冗余来验证存储的数据是否与写入到内存的数据相匹配。此外，当检测到错误时，为了确保更高的数据完整性，ECC可以对每个块的错误数量进行修正。当超过某个错误阈值时，数据被移动到一个新块上。废弃的块被标记为“bad”，再也不会使用。因此，NAND闪存与ECC结合就可以提供高可靠性应用程序所需的完整性水平。

然而，由于ECC生成和检查需要时间过程，因此它会影响吞吐量和系统成本，这取决于它是如何实现的。通常，ECC可以与内存本身集成或由主机处理器在外部管理。集成方法有两种配置:

一种是单模方法，其中ECC是内存die的一部分，另一种是双模方法，其中控制器IC(具有串行接口和ECC)与内存die合并。在基于主机的方式下，ECC支持MCU NAND flash控制器去访问NAND。内存制造商提供的这三个选项允许OEM为他们的应用程序选择最佳的折衷方案。

一种灵活的ECC方法

将ECC集成到NAND闪存，具备了直接由存储器芯片本身管理ECC的优势。然而，尽管这种方法在某种程度上简化了系统设计，但代价是较高的内存成本和较低的读取性能。与主机处理器中使用的更高的内部时钟频率相比，闪存中较慢的内部时钟导致了读取性能的降低。

集成了ECC之后就增加了NAND闪存设备的大小和复杂性，因此内存成本会更高。考虑到一个8位ECC的硬件实现有大约50K。这表示对一个简单内存控制器的门数（gate count）(3000K)有~1.7%的影响。然而，如果集成在NAND存储器上，影响会在10-15%之间，并且会使存储器的成本增加更多。对于使用多内存设备的大内存需求系统，将ECC与NAND内存集成意味着要多次支付额外成本，而不是基于主机MCU一次性支付ECC。

此外，读取性能也有所下降，因为集成ECC会增加延迟，每个内存读取的时钟率低于主机控制器可以处理ECC检查的时钟率。下图显示了NOR flash、集成ECC的NAND flash以及基于主机的ECC的NAND flash的读取吞吐量比较。可以看出，集成ECC的NAND闪存的性能不到NOR闪存的一半。然而，当ECC是基于主机的时候，NAND闪存的读取性能几乎翻倍，几乎与NOR闪存持平。

当检测到错误(并纠正错误)时，基于主机的ECC提供了更好的性能。下图显示了错误对读取第一数据时间(RFDT)的影响。通过集成ECC, RFDT从45微秒增加到70微秒。对于基于主机的ECC, RFDT要好得多，仅从35微秒增加到45微秒。

闪迪 3D NAND 技术让你的固态更耐用

一直以来机械硬盘都是电脑整体性能的绊脚石，随着游戏、软件的体积越来越大，机械硬盘拖后腿的情况就更加突出了。性能优异的SSD固态硬盘就在这样的环境下得到发展，也是近10年来提升电脑使用体验最显著的硬件了。关于机械和固态的基础知识本期体验就不做过多的科普了，大家只需要明白，要想电脑用着爽，「固态硬盘不能少」 。

至于选多大容量的，还是得看你具体的需求，对于一般用户来说120G＆128G是至少的，装个系统再装点软件游戏啥的，也就去了一半多了，这还是没装大型游戏的情况下，像现在的一些热门游戏小则几个G大则几十个G，120G＆128G的硬盘就有点「捉鸡」 了，所以本人建议玩游戏的小伙伴，起步还是从240G＆256G开始挑吧。

那我们这块闪迪至尊高速的 SSD 会用在什么地方呢？别急，我们先简单介绍一下外观和参数。

标准的2.5寸设计以及SATA 6Gb/s接口规格，SanDisk 至尊高速系列-3D版共有 4 种容量选项，「250 GB」、「500 GB」、「1 TB」、「2 TB」。本期体验的就是1 TB版本的。

正面 SanDisk大红LOGO以及至尊高速系列-3D版系列标识；

背面产品名称、容量、序号、基本规格和认证标志；

标准SATA接口，支持SATA 6Gb/s；

拆解需要撕开背面贴纸(不建议用户自行拆卸)；

这款闪迪至尊高速使用了3D NAND Flash技术，单颗粒容量128GB共8颗。至于大家关心的寿命问题，那确实有点多虑了。

本次体验的这款闪迪至尊高速 3D 固态硬盘，拥有400TBW的使用寿命， 400TBW是个什么概念呢？

首先Terabytes Written（TBW），一般译作“总计写入字节数”或“写入寿命”，指的是在SSD可能故障之前可以写入SSD的总数据量。同时我们查阅了某品牌固态硬盘的写入寿命，500GB/1TB 的仅为150TBW ，拥有400TBW的闪迪至尊高速3D SSD在同样使用强度下，将带来了一倍多的使用寿命。别人用个五六年可能就要报废了，这款至少得用个十几年。所以，完全不用担心寿命问题，尽管用就是了！

接下来我们还是来看看它的具体用途吧。最常用的方式自然是加装到台式机或者笔记本里头，提升性能或者增加SSD的存储容量。

台式机只需要把SATA数据线以及供电线对应插好就行了，笔记本的话一定要先了解清楚自己的电脑支持哪种接口的拓展。如果是那种短小的接口，现在的笔记本一般都是M.2，当然也有可能是 MSATA 这两者还是要区分一下的，别买错了。

新硬盘在插入电脑后，如果你是用来装系统，那直接在BIOS里头检测一下有没有识别到，就可以走系统的正常安装流程了。如果是在原电脑上增加硬盘，那就得去磁盘管理里头，对新增加的硬盘进行格式化或者分区的操作。

本期体验的这款闪迪至尊高速还有配套的「闪迪 SSD DASHBOARD」 ，可以在闪迪官网进行下载。

打开软件就能看到硬盘当前的状态，性能界面能够监控当前传输状况，那么测试自然也不能少。

我们使用了「CrystalDiskMark」对SSD进行了测试，读取560.5MB/s写入530.4MB/s， 与官方宣传数据一致。

在监控下面还有闪迪建议定期运行的TRIM优化。

驱动管理界面可以进行固件的更新、Secure Erase、Sanitize、PSID Revert 以及S.M.A.R.T.

同时右下角还贴心的设置了「磁盘管理」、「系统属性」、「设备管理器」的快捷键，一键直达，用起来非常方便。

除了加装到台式机或者笔记本，用来制作移动硬盘也是SSD的一大用途，我们这次使用的是ORICO的「2139C3」。

找好接口插入，再合上盖子就行了。

同样，我们能够在闪迪仪表盘里头看到移动硬盘的当前使用状态，不过软件提示当前连接速度并没有达到6.0 Gb/s。显然用作移动硬盘后的SSD，性能上会直接受硬盘盒的影响， 大家在为这类高性能SSD选择移动硬盘盒时一定要多加注意。

与用机械硬盘制作的移动硬盘相比，SSD做成的移动硬盘，虽然没有达到6.0Gb/s的标准，但在读写速度上依旧处于碾压的地位， 1TB的移动硬盘在拷数或者做备份的时候，那简直不要太爽。

使用电脑接口拷文件的速度，平均在500MB/秒左右，差距还是很大的。

简单总结一下，固态硬盘无疑是电脑的标配，不过容价比「容量/价格」还是有点高的，但是随着闪存技术和工艺的进步，容价比也会逐步增加。「容价比越大，每GB的价格越便宜」 至于你是拿来升级电脑，还是制作移动硬盘，SSD本身是非常欢迎的，所以，选择好喜欢的SSD就买吧，提高电脑使用体验的最佳硬件，仅此一件啊！

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