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工业级固态硬盘的断电保护功能是如何实现的?

返回列表 来源: 发布日期: 2020.10.11

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固态硬盘(SSD) 在突然电压下降的情况下,如果主机无法将“立即待机”命令发送到控制器,则所有未写入的信息将会丢失,导致文件损坏。如果SSD突然断电时,主机把“立即待机”命令发送给SSD控制器,则SSD立即启动断电保护机制(Power Loss Protection),从而使其能够将缓冲区中的所有数据写入非易失性NAND单元,这样就能把数据丢失的风险降到最低。Agrade睿达最新推出的带断电保护功能的固态硬盘,采用先进的断电保护电路,大大提高了SSD在苛刻环境下的可靠性。

Agrade睿达工业级固态硬盘断电保护功能是如何实现的呢?我们一起来看一下:

1、电压降低检测

通过监测工作电压,SSD硬盘控制器可以检测发生电源故障时的电压骤降。控制器的固件可以根据各种阈值触发两种措施:关闭所有操作并发出闪写保护(FWP)信号。如果达到第一个阈值,则禁用与主机的通信,但是将数据写入SSD的过程将继续进行。如果达到第二个阈值,则禁止写入,以防止由于部分闪存编程而导致保存的数据损坏。SSD硬盘通常需要三毫秒以上才能完成写入过程。对于5V器件,SSD硬盘的所有命令都将在4V电压进行阻塞,闪写保护(FWP)信号以2.4V发送。对于3.3V的器件,电压降的阈值为2.8V和2.4V。电压下降的速度取决于主机,并且可能或可能不足够慢,以允许“有序退出”。如果没有足够的时间,这通常在3.3V器件中出现,因为它们的阈值与另一个器件有轻微不同,当设备重新启动时,固件机制启动将部分编程的扇区重置为先前的值。尽管在这种情况下数据仍然丢失,但是避免了由中断的写入过程引起的数据损坏。

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2、电压安全工作范围

第二个失效机制与电压低于正常工作范围有关。通常,主机电压和闪存电压曲线彼此平行,这里的任务是获得足够的时间来使SSD电压降曲线变得平坦。解决方案是将电容器集成到SSD硬盘电源中。在检测到第一个阈值时,控制器禁用主机操作,并同时电容器放电以提供足够的电力来完成写入过程。高端服务器SSD硬盘和工业SSD硬盘可提供此类电源故障保护功能。

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3、完整的数据备份

Agrade睿达工业级SSD使用DRAM缓存来提高性能并降低写入放大系数(WAF)。上述断电机制的电平使DRAM内存数据无保护。如果在电源故障期间,这种数据需要可靠地写入闪速存储器(称为数据硬化的机制),则需要更复杂的电路和更大的电容器的电能储备。生产制造商首先必须确定采用哪些电容器最合适,Agrade睿达选用的聚合物钽电容提供了一个出色耐用的模块,可承受-55°C至+ 105°C的温度。在电压下降的情况下,通过电源管理芯片切换到电容器,并产生一个易失性数据“硬化”命令。

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4、先进的断电保护电路

高耐用的电容器组可以集成到一个特殊的电源故障电路中,其管理芯片控制钽电容的充电和放电,如果检测到电压下降,则其管理芯片将电源从主机切换到电容器,使钽电容得到充分放电,以保证足够的时间将缓存中的数据写入Nand Flash芯片中。同时,它会产生触发控制器数据硬化顺序的停电信号。在SSD写入过程完成后,产生“硬化完成”信号,以便控制固态电压源的关断。

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结论

工业级固态硬盘的断电保护功能、长寿命以及更坚固的外壳和高品质的触点,使得工业级SSD固态硬盘具有长期的可用性或可交付性,而且从技术角度来看,这是一项伟大的投资保护,同时也提高了耐用性。这个特点是由于采取了防止过早老化的许多措施,如较低的写入放大系数(WAF)和过度配置。

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