东芝THNSN8960PCSE采用了东芝15nm eMLC颗粒制造,64K顺序读取500MB/S,64K顺序写入480MB/S,4K随机读取75K IOPS,4K随机写入14K IOPS。
第一章 外观
正面
背面
铭牌显示的信息: 型号:THNSN8960PCSE 生产日期:2016年1月19日 固件版本:8EET6101
硬件版本:A0
菲律宾制造
第二章 拆解
下面我将对产品进行一个拆解。
下掉盘体正面的四颗螺丝,即可开盖,首先暴露的是盘体的背面PCB,上盖和PCB之间采用了10颗硅胶垫片,进行隔离的同时也有被动散热效果。
继续下掉PCB背面的四颗固定螺丝即可完全拆解,PCB正面采用了13颗硅胶垫片,针对主控、缓存和8颗闪存进行被动散热。
正面PCB正面主要包含: 8颗闪存,型号:TH58TFT0EFLBA8K,东芝15NM eMLC颗粒; 1颗缓存,型号:5SA47D9STP,镁光DDR3L 1600 1GB的DRAM颗粒; 1颗主控,型号:TC58NC9K16GSB 1颗日本村田制作所的DMT超级电容,额定电压4.2V,标称电容394mF 。
PCB背面
闪存:TH58TFT0EFLBA8H
关于此颗闪存为了避免太多冗繁的信息量摄入,我制作了该闪存的编号含义图,红色的方框为重点关注参数,这样大家就很简单可以认识到TH58TFT0EFLBA8H是东芝15NM制成128GB单颗的eMLC(企业级MLC)颗粒,内部4Die/4CE,8颗组成1024GB容量,32Die/32CE规格的组合,OP了64GB容量之后实际可用容量960GB。从HK4R 960GB和1920GB持续和4K随机读写的性能一致性方面猜测,32Die/32CE应该是主控的最大效能容许值。
5SA47 D9STP是镁光的DDR3L 1600缓存芯片,容量1GB,电压1.35V,CL11。
TC58NC9K16GSB这颗主控很难拍的很清楚,但是基本编号还是可以识别的,这颗主控是东芝的定制版主控,按照前面的颗粒搭配的规则来猜测,这颗主控应该最大容许32Die/CE的闪存颗粒接驳,关于这颗主控也没有更多的资料可以参考到详情。
HK4R 960GB采用了一颗日本村田制作所的DMT超级电容,额定电压4.2V,标称电容394mF,超级电容也被称为电气双层电容器,它 是一种蓄电装置,其功率密度特性是传统电容器技术1000倍以上。村田制作所 (Murata)的超级电容在小而薄的封装内集合了各种优异性能,包括电极结构在内的电化学系统的优化,可在一定温度范围内进行灵活的充电和放电。 DMT系列的设计针对SSD优化,与铝电容器或钽电容器相比,村田超级电容能存储更多能量且每单位体积的静电容量值更高。此外供电时间更长,更节省设 计空间。与常见的超级电容相比,如纽扣式、筒状超级电容,村田超级电容的ESR 要低很多。支持的输出功率的范围更广。应用范围更广。超级电容左边的TPS61030是具有 20µA Iq、可调节4A 开关的 96% 高效升压转换器,配合DMT超级电容使用来保证异常掉电情况下的数据安全
下面简单说下东芝SSD的ECC机制:
一级ECC采用的是东芝独创的QSBC(Quadruple Swing-By Code),翻译过来四联摆动ECC,其本质可以理解成多层ECC。多层ECC的好处就是保护机制健全,纠错能力强,破了一层还有一层,缺点就是延迟随着层数的提升而不断增大。
二级ECC东芝多采用Hamming ecc
ECC就是“Error Correcting Code”的简写,数据检测与误差修正编码,因为闪存中会有出错的可能,如果没有使用ECC模块,读出的数据和写入的数据会有不匹配的可能,也许一个文件中只有一两个bit不匹配,这也是不能容忍的。相对来说SLC中出错概率比较低,所以使用一个纠错能力不强的Hanming码就可以了,在MLC中Hanming码就显得力不从心了,需要纠错能力更强的BCH码了。
NAND闪存的ECC比较多见的:Hamming汉明码,BCH码,LDPC(低密度奇偶校验)等。
1、Hamming汉明码是经常使用在早代SLC闪存。汉明码的计算通过软件实现简单,占用资源比BCH小,但是效果也比BCH弱。
2、BCH码具有嵌段长度和误差的灵活性校正能力。和功率消耗小相对于纠错能力。BCH擅长处理随机错误,由于NAND Flash自身的特点,出现随机错误的概率更大一些,所以在MLC中目前应用最多的还是BCH方式。
3、LDPC码的纠错能力是非常高的。但对于功耗和处理问题所需的时间要求很高。
为了解决这个权衡,东芝开发自己的错误检测和校正技术QSBC™(Quadruple Swing-By Code)。这种所谓的专利技术,我觉得有夸大的成分在里面,号称达到LDPC码的8倍,加上是个保护专利,东芝还是宣传效果的多,具体代码谈的少。
大家知道即使是校验错误,如奇偶校验或者CRC校验都需要在原始信息数据的基础上增加一些额外的数据。能够纠正错误的ECC需要额外的数据空间保存纠错码生成的校验数据。所以在NAND Flash中Page的1K数据并不是1024Byte,大多数是1024+32Byte, 有的是更多的额外空间;额外空间越多意味着可以使用纠错能力越强的ECC,因为对于同一ECC算法纠错能力越强需要的额外空间越大。
为了提高数据存储在闪存中的可靠性,东芝企业级主控至少提供1级和2级的ECC纠错功能,当检测到错误时,数据首先通过闪存控制器提供的一级ECC(QSBC)。如果错误无法被一级ECC校正,数据会下传到闪存控制器外部二级ECC(Hamming ECC)。
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