写入不掉速!比SLC还要快的X-NAND QLC闪存究竟怎么做到的?
从SLC、MLC一路发展到TLC和QLC,NAND闪存的写入性能正以肉眼可见的速度快速降低。如果不是有SLC缓存遮羞,固态硬盘的写入速度恐怕要比几年前4倍甚至更多。
固态硬盘在变得便宜的同时,读写速度也在不断恶化,对于追求高性能的玩家来说很难接受。硅谷企业NEO Semiconductor研发的X-NAND技术或将成为NAND闪存的大救星:它理论上可以让QLC闪存比现有的SLC更快,同时还能保持低价。唯一的差别是,X-NAND无法提升闪存写入寿命。
增加Plane提高并发:
QLC自身的写入速度大约只有SLC闪存的1/8左右,提高数据读写的并发度是改善闪存性能的主要方向。目前3D NAND闪存已开始从2 Plane设计向4 Plane设计转变。
铠侠的XL-Flash超低延迟闪存为了提高性能更是采用了16 Plane等设计。不过要将16 Plane设计普遍应用到3D闪存中却并不经济:Page Buffer的数量会同步提升,并导致闪存芯片面积急剧增大,进而让闪存的制造成本上升。这也是XL-Flash只能专注于高性能存储而难以惠及消费级SSD的原因。
NEO Semiconductor更改了NAND闪存的设计,将Page Buffers容量降低到1KB来避免16 Plane设计在成本的增加。
X-NAND理论上可将闪存读写速度提高16倍,同时由于位线长度和电容的降低,随机读取速度以及写入验证速度也将大大提高。
按照NEO Semiconductor公开的数据,X-NAND技术可令QLC闪存的随机读写性能提高3倍、顺序读取速度提高27倍、顺序写入速度提高14倍。
提升之后的X-NAND QLC将比当前SLC闪存的顺序读写速度更快一些,但随机读写性能依然落后于真正的SLC闪存。不过,X-NAND技术同样可以用于SLC闪存,让SLC变得比现在更快。
加速鸡血永不停的奥秘:
回到大家最关心的“写入不掉速”问题上来。NEO Semiconductor承诺让QLC闪存可以始终以SLC缓存的速度进行写入,而不会出现缓存用完、速度暴跌。相信很多朋友和小编一样,怀疑这是不是真的。
NEO Semiconductor在最新的白皮书中解释了其中的原理。X-NAND充分发挥了Plane数量增加的红利,让不同分组的闪存交替以SLC写入、QLC释放和闪存擦除三种模式循环工作。
根据NEO Semiconductor的数据,32 Page的数据连续写入到8个Plane耗时6400μs,而将这些数据读取后并发写入到QLC Page所需的时间大约也是6400μs,这么一来一去,就可以保障数据可以始终保持全速写入而不发生掉速。
小容量设备的福音:
X-NAND的一个重要优势是它可以普惠众生,而不仅仅是面向昂贵的高端企业级SSD。
Plane数量的增加使得闪存并发存取性能提升,小容量的闪存也能提供可观的读写速度(特别是写入速度)。在外部接口(SATA/PCIe)总带宽固定的情况下,闪存性能的提升还可以降低对主控闪存通道数量的需求,进而降低SSD主控的成本。
灵活多变,满足每个人的需求:
每个人对存储性能的需求是不同的。硬件发烧友和电竞玩家追求极致性能,普通家用倾向于均衡的性能和成本,办公和教育市场可能更喜欢够用就好的高性价比SSD。X-NAND的Plane数量并非固定在16个,减少Plane数量意味着闪存芯片成本的降低,可以制造出速度相对不那么快、但价格更低的闪存。
NEO Semiconductor在去年的FMS闪存峰会上首次公开X-NAND,目前它们已经获得了相关技术专利,但它们不会自己利用这些技术进行闪存生产。所以我们什么时候能够实际体验到上述新技术优势,在一定程度上取决于世界主要闪存制造商会不会向NEO Semiconductor购买专利授权,或者它们自己是否已经有了类似的专利储备,并最终将其量产。总的来说,NAND闪存的发展前景是光明的,我们无需担心写入速度一步步向着HDD水平滑落而没有选择。
新增NAND写入算法:跳过坏块并重建坏块表
宝剑锋从磨砺出,梅花香自苦寒来;
博观而约取,厚积而薄发。
有心的小伙伴可能在最新的软件版本里会看到,写入NAND时增加了一个新的算法:跳过坏块并重建坏块表 。
以海信5079板,MSD6A801芯片方案为例,先给大家演示RT809H写入NAND新算法。
先找一片坏块较多的Nand芯片,按方向放入RT809H编程器,锁好锁紧座。
点智能识别,选择NAND Falsh,稍等会自动识别到相同ID的芯片型号。
识别出两个芯片型号,选择跟芯片型号一致的K9K8G08U0D@TSOP48。
我们先点一下坏块检测,看看此芯片的坏块分布(坏块检测会破坏NAND芯片内数据,谨慎使用)。
检测到23个坏块,严格来说,基本算是残次品。
点设置,出现三个选项,硬拷贝;跳过坏块并重组数据;跳过坏块并重建坏块表。此板请选择“跳过坏块并重建坏块表 ”。
点写入,选择备份文件,开始自动写入。
可以看到界面上已经显示算法为“跳过坏块并重建坏块表”。
开始写入,耐心等待。。。
写入完成,接下来对写入后的NAND芯片进行验证,先把NAND芯片装回电视板卡。
连接上串口,同时监控打印信息。
通电,看到正常进入系统。同时监控显示画面,直到启动完成。
操作遥控,各项功能正常!
由于NAND使用领域的多样性和NAND自身的特殊性,坏块管理都不尽相同,就拿电视主板来说,我们通过大量板卡测试,和大量时间做了深入研究,发现不同的电视厂家,使用的坏块管理算法都不同,我们特此汇总了三种不同的算法,经过测试已经解决了目前在中国能够见到的电视主板NAND写入问题 。
NAND_AUTO读写芯片时,符合ONFI标准的芯片,读写成功率较高,比如海力士、镁光、ST、华邦等,而三星、东芝等厂商未加入此标准化组织,所以有可能参数识别错误导致读写后不能用,请提交NAND_AUTO读取得到的ID给我们,添加对应的芯片型号即可解决问题 。
国外用户如果遇到NAND读写问题,请提供好的板卡给我们测试。
没有哪种算法可以解决所有NAND复制问题,只能是遇到问题再研究新算法来解决问题。iFix爱修一直致力于为维修行业解决难题。
最近发现大家都在问一个比较实际的问题:RT809H以后会不会想其他编程器厂家一样,相同封装、不同型号的NAND芯片,使用不同的转接座?转接座的写入次数是多少?
这里是正式回答:RT809H编程器写入所有TSOP48封装的NAND芯片,只需要TSOP48通用座就可以了,永远不会限制写入次数!
视频演示,腾讯视频网址: https://v.qq.com/x/page/h0737szc7xu.html
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