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nand page block eMMC 生命周期预估，验证和监控

发布时间 : 2024-11-24

作者 : 小编

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eMMC 生命周期预估、验证和监控

本文内容来自kingston

NAND 闪存不是简单的读/写数据介质。为提高使用的可靠性，应实施多种算法：

NAND 块管理、碎片收集、错误控制 和损耗均衡 。现代 NAND 闪存使用存储设备上的算法管理，而不是在主机处理器中实施管理。这对其用户来说属于优点，因为减少了NAND 管理的复杂性，简化了产品支持和维护。

主机写入NAND闪存的效率低，可能造成介质提早失败。NAND最小的组织单位是页，可以读取和编程，但不能擦除。可以擦除的唯一组织单位是块 ，它包含多个页面。因此，在块被擦除之前不能覆盖页面。随着时间的过去，块在到达其耐力水平后就会失败。也可能发生导致提早失败的缺陷。

NAND闪存提供有限的编程-擦除循环。达到该限制便意味着设备处于EoL（end of life）状态，从而不再可靠。耐久性根据 NAND 单元的配置而有所不同。

单级单元配置：此设置的耐久性最高，误差幅度最大。

eMMC LBA 512B Sector Address

NAND Page & Block Address

0:31

Blk10, Pg101

32:63

Blk10, Pg102

64:95

Blk10, Pg103

96:127

Blk10, Pg104

128:159

Blk15, Pg57

160:191

Blk8, Pg129

192:223

Blk10, Pg107

224:255

Blk22, Pg88

eMMC读取和写入512字节扇区单元，这是逻辑单元，而非物理单元。扇区地址称为逻辑块地址或LBA 。当修改数据时，擦除整个NAND块不切实际，会造成未更改的页面出现低效的损耗。LBA-PBA（物理块地址）映射架构提供更小的写入来均衡块损耗，称之为“损耗均衡 ”。LBA通过地址转换表映射至PBA。此过程会均衡块损耗，提高写入速度。

地址映射的过程如下所示：

• eMMC扇区是512字节，而NAND页面是16KB。映射表A将32个连续扇区地址组成一个页面大小的单元。

• 如果修改页面组中的扇区，控制器将读取该页面的整个组，更新任何修改的扇区，然后将新数据编程回新页面。

• 在编程更新的页面之后，表会更新，以更新的NAND页面的块和页面地址覆盖之前的条目。

• 即使只修改一个扇区，NAND 闪存也必须编程整个页面。这种低效称为“写入放大”。NAND 闪存写入与 eMMC 设备级写入的比率是 WAF（写入放大因子）。

小幅、随机、非页面对齐的重写通常是写入放大的最大来源。为尽可能减小 WAF，写入应在多个页面大小单元的页面边界对齐。此最佳单元大小在扩展 CSD 寄存器的“最佳写入大小”字段中。

用于确定写入总字节数（或 TBW）的公式简单易懂：

(设备容量 * 耐久因子) / WAF = TBW

通常，WAF介于4与8之间，但取决于主机系统写入行为。例如，大型连续写入会产生较低 WAF，而小数据块的随机写入会产生较高 WAF。这种行为通常会导致存储设备提早失败。

例如，耐久因子为 3000 WAF 为8的 4GB eMMC等于：

(4GB * 3000) / 8 = 1.5TB

eMMC 设备的写入总字节数为1.5TB。因此，我们可在产品达到EoL 状态之前的整个生命周期写入 1.5TB 数据。

要预估您的TBW要求，请先预估相关设备的每日使用量。例如，每天写入 500MB（预期 5 年使用寿命）的工作需要一部 TBW 超过 915GB 的设备：

0.5GB * 365 = ~每年 183GB，或 5 年 915GB

TBW 可用于确定设备的最大允许 WAF，因为 TBW = (DC * EF) / WAF。如果设备使用寿命不能达到产品应用的目标 TBW，您可以尝试改进其性能。考虑使其进入 Pseudo Single Level Cell（伪单级单元）模式，通过将设备从 TLC 或 MLC 转换为每单元一位模式，使耐久性提高十倍。但这会大幅减少容量：每单元两位 MLC 设备会减少 50%，三位 TLC 设备则减少超过 66%。如果您对此解决方案不满意，也可以选择更大的设备来处理同样的工作。设备容量提高一倍，TBW 也会增大一倍。

Kingston 的 eMMC 算法可实现低写入放大率。我们提供多种配置来均衡性能、使用寿命及可靠性。使用 EXT_CSD（所有 eMMC 设备共享的一项功能）中的 JEDEC 使用寿命预估工具监控设备的使用寿命。根据设备的耐久力以 10% 的增量报告使用寿命。一个工具报告 TLC 或 MLC 配置的 NAND 闪存块的使用寿命，而其他工具报告伪 SLC 模式中配置的块的使用寿命。Kingston eMMC 设备也有厂商命令可用于恢复设备的平均块使用寿命。这些比 JEDEC 工具更精确，但需要进行一点软件开发才可使用。

产品寿命是许多嵌入式应用的关键问题，这些应用的使用寿命通常需要7-10年。鉴于技术进步和变化的快速步伐，嵌入式产品的长期维护可能具有挑战性。

SSD的连续读写和随机读写，哪个更重要？

连续读写和随机读写是SSD绕不开的话题，一款SSD性能强不强，体现就在连续读写和随机读写上。

不过尽管都是表现SSD的性能，但是两者无论是概念还是作用都存在着巨大的差异。它们区别在哪里，哪个又更重要一些？今天我们就来聊聊SSD连续读写和随机读写的一些小事。

连续读写

特点：读写时间短、数据大且集中、连续性

连续读写是SSD进行大容量文件读写时所具备的性能，它在读写过程中会遵循先后顺序，数值越高代表读写性能越强。

通常而言，连续读写针对的是大容量文件，举个例子，如果你要用SSD拷贝1部2G大的高清视频，那么此刻发挥作用的就是连续读写性能。

不同接口的SSD的连续读写速度不同，SATA SSD的极限速度一般在560~600MB/s之间，而支持NVMe协议的M.2 SSD现已突破了2000MB/s。

随机读写

特点：读写时间长、数据小且分散、随机性

随机读写速度的单位是IOPS，即每秒进行的IO操作次数，可认为是吞吐量指标。它的特点与连续读写相反，表示SSD读写零碎文件、程序启动的速度，体现了SSD的小文件读写能力。

随机读写不遵循文件的先后顺序，读写时可以任意跳到某个文件。由于电脑系统启动和程序运算主要以小文件为主，所以随机读写对这方面的提升更加明显。同样的，它的数值越高代表读写性能越强。

SSD以Page为单位进行读写，以Block为单位做垃圾回收，一般一个Page为16KB，而Block可以达到几十MB。在读写相同数据量的情况下，随机读写制造的垃圾Block更多，所以它的读写性能比连续读写要低得多。目前最高随机读写速度是群联电子E12主控创造的600K IOPS，相当于STAT SSD的连续读写速度，最近曝光的影驰旗舰级HOF PCI-E AIC RGB SSD就是采用了E12主控。

总而言之，连续读写和随机读写针对的对象不同，不能直接比较哪个更好，所以玩家不必在两者之间做出取舍。

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SSD的连续读写和随机读写，哪个更重要？

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