SSD結構與工作原理

SSD主要有三部分構成：主控（Controller）， DRAM快取和NAND快閃記憶體。

主控對於SSD的作用，類似CPU對於電腦的作用，屬於大腦中樞，擁有最高指揮權，管理NAND快閃記憶體，實現資料的儲存。

 

DRAM快取是Host與SSD主控之間的資料中轉站。在Host寫入資料時，並不會直接交給主控去寫入NAND快閃記憶體，而是先把資料丟到DRAM快取中，之後再傳到主控內部的快取中，最後再由主控寫入NAND快閃記憶體，這樣做的目的是提高資料傳輸的效率。

 

是不是有點不太好理解？沒關係，舉個簡單的例子：（已經理解的同學可以略過這部分）

比如說，在網購的時候，一件A商品會產生10元郵費，如果要購買5件A商品，我們一次購買5件呢？還是分5次購買呢？很顯然，肯定會一次購買5件呀，這樣只需要付一次郵費（每個人都很聰明，我這裡只是舉個例子哈）。
同理，如果Host每發一筆資料，不管傳輸的資料大小，主控都直接響應，然後寫資料到NAND快閃記憶體，這時主控會花費了大量的精力去處理瑣碎的事情，致使SSD表現不盡如人意，最終被嫌棄。SSD又一次發揮聰明才智，將DRAM這一干將招致麾下，並給DRAM派了個任務量，在Host傳輸資料時，先送到DRAM手裡，如果沒有達到任務量，就不要給領導-主控彙報了。這樣大大地降低了主控的負擔，提高了SSD處理資料的效率。

NAND快閃記憶體是資料歸屬地，NAND顆粒的存在，賦予了SSD儲存資料的使命。為了提高儲存的效能，主控會通過不同的通道（Channel）操作NAND快閃記憶體。

DRAM與NAND的結構與原理會在後續文章中詳細介紹，今天主要分享SSD的司令官-主控。

由於Host和NAND快閃記憶體兩位人士，性格迥異，對資料處理的方式完全不一樣。此時就需要領導者-主控登場了，發揮管理智慧，打造一支和諧共贏的團隊，實現儲存資料的使命。

對於一個稱職的主控，需要有能力完成兩項艱鉅的任務：
1. 為Host和NAND提供適當的對接介面（Interface）以及協議（protocol）；
2. 高效地處理資料，優化傳輸速率，同時保證資料的完整性。

目前主流SSD主控架構如下圖：

 

主要有三大部分組成：與Host對接的介面(Host interface), 快閃記憶體轉換層FTL以及快閃記憶體對接介面(Flash interface)。

Host interface採用的協議（protocol）包括SATA，PCIe/NVMe SSD協議。

 

快閃記憶體轉換層FTL是主控的核心部分，主要實現磨損平衡（Wear-leveling）, 垃圾資料回收（Garbage Collection), 壞塊管理（Bad Block Management）和資料糾錯處理（ECC, Error Correction Code）。

 

Flash interface包括了SSD主控的flash controller，用來控制主控與NAND快閃記憶體之間的資料傳輸。

 

NAND快閃記憶體是資料歸屬地，NAND顆粒的存在，賦予了SSD儲存資料的使命。為了提高儲存的效能，主控會通過不同的通道（Channel）操作NAND快閃記憶體。