研究盒子闪存芯片，分析其封装和针脚定义，闪存变U盘图文教程

序言

前几天网友发来几台闲置盒子，帮其刷为全网通盒子，实现免费看电视，及观看网络影视目的。其中有一台盒子开不了机（俗称砖机），留在这里让我研究。目前的思路是用读卡器直接写入固件备份，修复盒子。

盒子主板分析

网络机顶盒拆机后，里面就一张主板，上面主要部件有cpu处理器，内存，闪存以及WiFi无线芯片。处理器性能高低直接决定了盒子解码能力，是机顶盒档次主要决定因素。内存一般大小为1G，多为两片或四片构成，也有极少数是3片构成。

网络机顶盒的所有程序都存在闪存芯片中，闪存有nand或emmc两种封装形式，常见的是emmc封装的，这种封装的芯片看不到针脚，多为贴片组装在主板上。emmc体积小，读写速度较快，使用较多。

闪存分析

上面的盒子已经无法启动，主板上闪存是emmc封装形式，从芯片上面的可以看到生产商是SK hynix ，芯片型号是H26M41204HPR。查询相关资料得知，这个芯片是FBGA封装形式，具体看是BGA153封装，容量大小8G。

机顶盒或手机上面的emmc闪存颗粒实际是集成了控制器的闪存芯片，只要找到数据针脚，就可以通过普通的TF卡读卡器来进行读写。这样废旧手机上面的这个emmc芯片就可以连接到读卡器上变成大容量U盘。

BGA153封装emmc针脚定义

了解了emmc闪存芯片的封装格式，还需要查询详细的针脚定义，找到数据读写关键针脚。下图是通过查询，得到的BGA153封装的emmc闪存芯片颗粒，具体针脚。除BGA153外，还有BGA162，BGA169等封装形式，后面的数字表示具体针脚数目。

当手机损坏后恢复数据就是用这种方法，用风枪把emmc吹下来，然后飞线的方式连接sd卡套或tf卡读卡器，插到电脑后能被识别为内存卡从而恢复数据，当然也可以直接通过EMMC编程器直接读写数据。

读写EMMC具体方法

用tf读卡器读写emmc需要下面的针脚CLK CMD GND VCC DAT2 DAT1 DAT0 DAT3共8个，对应针脚从芯片中找到，然后焊接到tf读卡器的对应针脚上即可，下图是SD大卡的针脚定义，也可以emmc转接SD卡读卡器。

这样就可以把废旧手机或机顶盒上面的闪存芯片变成一个普通的U盘了，实现了废物利用，提升了价值。以后再也不用换脸盆、换不锈钢盆子了。这样，无论是废旧手机上的emmc颗粒，还是网络盒子上面的emmc闪存，都可以焊接到读卡器上变成一个普通的U盘，华丽变身巧妙变成大容量U盘。

综上，以上只是基于理论分析，大部分人是没有专业工具来拆卸emmc颗粒的。至少，我们知道相关知识，废旧手机里面的数据通过这种途径是可以恢复的，恢复出厂是不管用的。技术有两面性，可以以此修复手机或机顶盒，有可能泄露数据。建议废旧手机不要随便丢或者换脸盆了。

拆解测评：“洋垃圾”HGST Ultrastar SN150 16TB AIC企业级固态

自从NAND市场大幅降价以来，洋船（洋垃圾）SSD就以各种各样的形式开始入侵DIY市场。不少企业级淘汰的型号都开始以各种形式流入到普通玩家的PC中。

很多人选择这些企业级硬盘的原因，无非看在企业级SSD有更高的写入耐久能力，又或者更高的性能。特别是本身在零售型号有对应的企业型号版本的SSD，当然还有很多是跟风贪便宜。不过这些企业级洋垃圾也有高通电状态，高写入状态的问题。所以也就有了所谓的刷Smart值。

所以就拿这块SSD作为代表，来看看所谓的“企业级福利”到底有哪些坑。

HGST Ultrastar SN100 系列（以下简称SN150）是目前Western Digital SN200系列的前身。在2018年西数宣布正式废弃HGST的名称后，HGST下所挂名的东西也逐渐改为了WD所属。目前由于HGST所有的网站已被重定向或关闭，SN150相关的信息很少。目前通过留存于各大网站的存档可知，SN150适用于高性能云计算服务，同时也是HGST高性能企业级SSD代表之一。SN150仅提供AIC方案。容量分为1600/3200G。本型号容量为1600G。

HGST Ultrastar SN150 1.6T规格：

规格：AIC

容量：1600G

接口：PCIE3.0 X4

协议：NVMe 1.1

颗粒： Toshiba A19 eMLC

顺序读取(128K)：3000MB/s

顺序写入(128K)：1600MB/s

随机4K读取：743000IOPS

随机4K写入：140000IOPS

随机8K读取：385000IOPS

随机8K写入：75000IOPS

70%随机读取/30%随机写入：310000IOPS

MTBF：2,000,000 Hours

终身写入寿命：3DW/D

数据保持：40℃下保持3个月

拆解：

AIC的SSD都拆解都很简单，你能见到的螺丝拆了就行了。但可惜由于这块SSD的螺丝口被贴了保修贴，而且这块SSD拆起来的肉真的很疼，所以拆解的具体图片就无法呈现了，但是内容维持。

作为一块企业级的SSD，复杂的电路保护，供电设计是很正常的。SN150的待机功耗能达到8W，满载功耗能达到25W，同时由于配备了大量的NAND，供电系统非常复杂。整套电路能看到不少你在普通SSD里看不到的电压调节器。当然具体就不介绍了，因为重点不是这里。

当年的颗粒容量并不大，要在那么一小块PCB上达到那么高的容量，单纯的平面面积完全不够，所以解决方法就是如今3D NAND的解决方法，利用立体空间堆叠颗粒。可以看到整块SSD除了PCB上颗粒，还有通过“飞线”PCB“飞”出来颗粒。

颗粒方面为东芝旗下的A19 eMLC，编号TH58TFG9EFKBA8K。单颗容量为512Gb，本身PCB上使用了8颗NAND，“飞”出去的PCB有24颗，共计32颗NAND，总容量2048G，OP空间达到了28%。28%是一个非常高的值，基本上就要和高性能SSD扯上关系了。

控制器方面，SN150没有使用我们常见的零售市场的控制器，而是来自PMC-Sierra的PM8602 NVMe1016（89HF16P04CG3）。2016年，PMC-Sierra被Microsemi收购。

PMC可以说是非常出名的存储应用方案解决厂商，和LSI，Adaptec等齐名。当然包括我在内也不知道他是个什么苗头。

PM8602是一个提供32通道的PCIE NVMe控制器，同时支持PCIE3.0 X8（PCIE3.0 X4热备份模式）。然后还有一大堆企业级需要的ECC，加密等等民用不可能涉及到的东西，就不多累述了，自己可以去了解一下。

缓存方面，使用了九颗美光旗下的DDR3L 1600 2Gb颗粒，编号D9PSH，也就是总共2304M的容量。

测试：本文的测试内容非本文重点，请根据自己的需求与理解阅读。

测试方法：

SN150隶属于企业级高性能云计算SSD，其性能特性倾向于大规模，高性能，多线程。但考虑到现在买这块SSD的人不可能还是企业级用户，所以重点依旧放在如果把这块SSD放在家用环境上，这块SSD会有如何的表现上。当然为了说明这块固态的性能特性，依旧准备了简单的多线程跑分。本次测试采用传统软件跑分与Txbench混合多模式跑分以测试其性能。

测试项目：

空盘状态下：

CrystalDiskMark 5.0.3 16G

ASSSD 2.0.6821.41776 10G

95%顺序读取（写入）/5%随机写入（读取）（模拟系统盘下读写大型数据）

50%随机（顺序）读取/50%随机（顺序）写入（模拟非系统盘内数据读写）

80%顺序读取/20%顺序写入（模拟常见大型数据读写）

60%顺序写入/40%随机写入（模拟混合写入队列）

80%满盘下：

95%顺序读取（写入）/5%随机写入（读取）（模拟系统盘下读写大型数据）

50%随机（顺序）读取/50%随机（顺序）写入（模拟非系统盘内数据读写）

80%顺序读取/20%顺序写入（模拟非系统盘间数据读写）

60%顺序写入/40%随机写入（常见大型数据读写）

多线程性能测试。

*（1.所有混合队列读写任务使用QD8，模拟日常系统使用的队列深度

*（2.企业级SSD本身就应该在极度良好的风道环境中使用，故测试过程中，使用风扇直吹的方式保证SSD不出现过热的问题。

测试平台：

CPU：intel Xeon E5-2630L V3

主板：微星X99A SLI PLUS

显卡：微星红龙 GTX970

内存：镁光Ballstix Sport DDR4 8G*4 2400

系统盘：东芝 XG3 256G

电源：振华GX1000

系统：Windows 10 1803 （关闭网络）

空盘状态下：

ASSSD表现还行，基本达到了主流甚至高端SSD的性能。

CDM方面表现就稍微差一点，主要还是因为测试的线程不高，所以4K表现一般，低队列的4K表现也很一般。

95%顺序读取/5%随机写入模拟的是系统盘进行大规模读取时系统所能留有的冗余运作空间。

低队列下的SN150表现一般，写入只有0.3MB/s上下，非常低，也是因为本身SSD是依赖于高队列才能实现高写入状态的SSD，所以对于家用平台而言，这块SSD的表现可能不会那么好。

95%顺序写入/5%随机读取模拟的是系统盘进行大规模写入时系统所能留有的冗余运作空间。

QD8下的表现也一般，本身由于SSD偏向于顺序读写，所以顺序读写速度很高，写入就一般。

50%顺序读取/50%顺序写入模拟的是非系统盘内进行的读写操作。

SN150的盘内读写表现就很好了，其实如果写入的队列更高点，这个速度会更高。

50%随机读取/50%随机写入模拟的是非系统盘内进行的读写操作。

随机盘内读写同样受限于写入的速度，在100MB/s上下。

80%顺序读取/20%顺序写入模拟的是常见大型数据的读写操作。

这种环境下只要想方设法提高写入压力，读取表现都不错。

60%顺序写入/40%随机写入模拟的不常见的大规模混合写入，比如一些下载，缓存队列等。

没什么问题，基本跑不满。

85%满盘下：

95%顺序读取/5%随机写入下

变化基本不是很大，可以说没什么区别。

95%顺序写入/5%随机读取下

也基本没什么变化

50%随机读取/50%随机写入下

这里SN150终于发生了变化，在25秒左右出现了速度下跌的问题，也许和满容量后OP等等问题变化有关系。从1100MB/s左右跌倒700MB/s左右。

50%随机读取/50%随机写入下

相比于空盘还是有点速度跌幅的，不过问题不大。

80%顺序读取/20%顺序写入下

收尾时读取速度发生下跌，其他还行。

60%顺序写入/40%随机写入下，

前段出现速度波幅，其后又正常。

以上小结：

基本上满盘其后都没什么太大差距。

多线程测试：

其实文中一直在强调多线程的问题。稍微分析一下都可以知道，SN150本身应用于高性能云计算，那么这些设备不可能是使用单路几个核心的平台，甚至都能有节点形式的计算规模。也就意味着本身SN150不需要太关注低队列的表现性能，其性能的爆发点还是在高队列下。

这里使用CDM测试高队列下的表现。由于E5 2630L V3在Q16下就达到了单个线程的4K极限，所以只能不断提高线程数量来压榨SN150的性能。最终，顺序读写在32队列下达到了最高速度，而随机读写则需要256队列下才能达到标称速度。家用平台是不可能有那么高的请求队列的。

所以如果真的把这块SSD放在家用平台上，性能未免太浪费了点。

挖掘这块SSD更多的特性

其实作为一块企业级的SSD，如果单纯只是能够跑跑分，应对一些处理数据的压力，未免过于贫乏了一点。SN150除了单纯的跑分以外，还配套了一套专门用于修改SSD性能的官方软件。

使用这套软件需要专门配套的HGST NVMe驱动，以及HGST Device Manager，并在CLI下使用。

软件本身虽然仅支持到Win8.1，但是Win10上也能顺利运行。可惜这套驱动与软件在HGST的网站上已经根本找不到了，到最后还是求助了卖家才拿到了驱动。

和NVMe-CLI一样，同样是一套支持 修改SSD绝大部分参数的软件。不过功能会更多里面。

在这里你可以修改功耗上限，格式化，更新固件等等。这里来说一说一个代表功能。

容量修改：

SN150强大的地方不仅仅在于性能，还能在寿命与容量中做出选择。

以1600G型号为例，容量可以设置为1120-1910之间的任意值，因此其DW/D能从3提升到7.5，亦或者为了容量，从1600变成1910。

如果是1120G的容量，此时的OP空间达到了83%！1910下也有7%的OP空间，此时的SN150变成典型的读密集型SSD。无疑对于普通的家用平台而言，扩成1910G问题也不大。

然后这里就会牵扯到一个寿命问题，寿命问题自然就会牵扯到一个很多人都关心的Smart问题。

都忘了SMART是什么东西了吗？

其实正如人要定期做体检一样，SMART也是一个给硬盘做体检的“软件”，本质依旧是通过统计一些显而易见的错误，来给使用者警告。企业级SSD的Smart虽然在参数上更严谨，但是因为支持的功能很多，所以严谨的同时，也意味着更改更容易。

大部分的SSD依赖于两个值来确定SSD的寿命是否到期

Available Spare、Available Spare Threshold

其中Available Spare就是所谓的保留块数量。SSD和HDD一样，都有为了保证出现坏块的Block数据丢失，所以有保留块，这个保留块就是SSD里的OP（当然OP的实际功能可能会更多）。那么自然的，保留块数量越少也就意味着SSD的寿命即将到了。

所以，以默认的1600G为例，结合上面的容量修改引起的DW/D变化，修改容量后的SN150 Available Spare将会变大或变小。

而Available Spare Threshold也就是保留块下限，一旦低于这个保留块下限值，SSD就会进入保护状态（intel SSD甚至会进入自毁状态），此时SSD将不再支持读写。

那么问题来了，每块SSD的Threshold都是有固定值的。一般来说厂商设计的值是保险且保证安全的值。而恰恰是，如果此时你把SN150的容量设置为了1910G，此时必然会触发Available Spare Threshold。那么为了能够使用这块SSD，HGST Device Manager就有了修改SMART的功能！

从HGST的文档描述，你可以设置，清除，重置SMART里的任意一个值，甚至可以全部清除，让这块SSD“回复”到原来全新的状态！

所以为什么到现在我都还没把CDI的图放出来呢？

因为我无意间把部分SMART给清除了。这块SSD最初有将近20T的写入，现在只有4161GB！更关键的是，可以看到我把这块SSD的容量设置为了1800G，此时如果按照上面的基准，Available Spare应该低于100，但此时，却等于100。

暂且先不说一些全新0通电的SSD，即使不改SSD的参数，把警告全部清除，都能把一块即将暴毙的SSD变回一块还能养老的SSD。但暴毙可能就在一瞬间。

所以买这种洋垃圾，能看到写入状态反而比那些“全新0通电”来的更让人安心了（笑）

谢谢观看！

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作者：我家智天用w8

本文来源：数码之家

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