SSD（Solid State Drive）也正是基于Nand Flash發(fā)展起來(lái)的新一代的硬盤技術(shù)，SSD內(nèi)部也可以看做一個(gè)小型的存儲(chǔ)系統(tǒng)，由接口單元，控制單元和存儲(chǔ)單元（FLASH芯片）組成，即用固態(tài)電子存儲(chǔ)芯片陣列而制成的硬盤。由于固態(tài)硬盤沒(méi)有普通硬盤的機(jī)械部件和磁介質(zhì)，因而抗震性極佳，工作溫度范圍寬，功耗低，無(wú)噪音，具有極高的讀寫帶寬與IO處理能力。廣泛應(yīng)用于軍事、車載、工控、視頻監(jiān)控、網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控、網(wǎng)絡(luò)終端、電力、醫(yī)療、航空等、導(dǎo)航設(shè)備等高可靠性應(yīng)用領(lǐng)域。

但是NAND FLASH也并非完美的存儲(chǔ)介質(zhì)，隨著對(duì)大容量，高性能，低功耗，低成本的極致追求，NAND FLASH的半導(dǎo)體工藝制程不斷推向極限，從45nm，32nm，24nm，以至1xnm（x=6-9）甚至1ynm（y=1-5）。隨著制程的不斷趨向極限，NAND FLASH的可靠性問(wèn)題也不斷顯現(xiàn)，為充分發(fā)揮NAND FLASH半導(dǎo)體存儲(chǔ)介質(zhì)的性能優(yōu)勢(shì)，同時(shí)規(guī)避其可靠性問(wèn)題，SSD控制芯片成為SSD設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。

從整個(gè)SSD業(yè)界看，致力于自主研發(fā)SSD控制芯片領(lǐng)域主要有如下4類廠商：

一、新興技術(shù)型廠商

這類廠商基本上都有一些半導(dǎo)體技術(shù)的積累，定位高端企業(yè)級(jí)市場(chǎng)，推出SSD的特點(diǎn)主要是高性能。這類廠商的代表有：Fusion, STEC, Micron等

二、Flash顆粒廠商

具備Flash顆粒的生產(chǎn)能力，成本控制力較強(qiáng)，在市場(chǎng)上也有一定的品牌影響力。主要定位在中高端消費(fèi)類市場(chǎng)，這類廠商代表有：Samsung, Intel, Toshiba等

三、消費(fèi)電子廠商

以臺(tái)灣做內(nèi)存、閃存卡的廠商為主，其特點(diǎn)是具備強(qiáng)大的生產(chǎn)制造能力，推出產(chǎn)品迅速，且有廣泛的銷售渠道，這類廠商主要定位在中低端消費(fèi)類市場(chǎng)，其代表有：創(chuàng)見(jiàn)、威剛、臺(tái)電等

四、傳統(tǒng)硬盤廠商

SSD的出現(xiàn)讓傳統(tǒng)硬盤廠商感到了強(qiáng)大的威脅，傳統(tǒng)硬盤廠商一方面加速傳統(tǒng)機(jī)械硬盤的研究來(lái)打壓其他SSD廠商，另一方面自己也開始布局SSD的研發(fā)，這類廠商代表主要有：希捷、西部數(shù)據(jù)、日立。

SSD控制芯片在國(guó)內(nèi)處于起步階段。雖然有湖南源科、憶正存儲(chǔ)、固捷數(shù)據(jù)、朗科、愛(ài)國(guó)者等推出了SSD盤片，但是它們都使用了海外廠商的SSD控制芯片方案。

長(zhǎng)期以來(lái)，海外廠商把持著IT領(lǐng)域芯片的核心專利，并對(duì)此構(gòu)筑起技術(shù)壁壘，以阻礙中國(guó)公司進(jìn)入這個(gè)產(chǎn)業(yè)。華為公司憑借多年在存儲(chǔ)領(lǐng)域的技術(shù)積累，打造自主、可控的存儲(chǔ)芯片，構(gòu)建存儲(chǔ)領(lǐng)域的中國(guó)芯。

發(fā)展歷程

華為公司從2001年啟動(dòng)存儲(chǔ)技術(shù)預(yù)研工作，并于2002年成立存儲(chǔ)產(chǎn)品研發(fā)部，2004年開始硬盤技術(shù)研究，并于2005年啟動(dòng)SSD算法與關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)的預(yù)研工作。

2006年，基于PATA的SSD原型完成，2007年研發(fā)第一代基于SATA的SSD原型。

2008年，華為啟動(dòng)存儲(chǔ)介質(zhì)控制器戰(zhàn)略，第一代自研SSD控制芯片，提供3G SATA接口，憑借高可靠，長(zhǎng)壽命的特點(diǎn)，成功擊敗國(guó)外廠商，助力我國(guó)南極科考隊(duì)，圓滿完成南極科考任務(wù)。

2010年，華為第二代SSD控制芯片成功面世，其提供高性能的3G SAS接口，在繼承高可靠的同時(shí)，憑借獨(dú)特的硬件引擎，獲得性能業(yè)界第一的成績(jī)。

2012年，華為發(fā)布了第三代SSD控制芯片，可同時(shí)支持最新的6G SAS、6G SATA接口，滿足2xnm制程的SLC，MLC，eMLC顆粒的企業(yè)級(jí)高可靠應(yīng)用。以此實(shí)現(xiàn)的企業(yè)級(jí)SSD盤片，性能達(dá)到30K IOPS，功耗11.5W，能效比較同等價(jià)格的 SAS 15K盤片提升95%。

2012年Q2，華為發(fā)布基于第三代SSD控制芯片構(gòu)建全固態(tài)存儲(chǔ)系統(tǒng) Dorado 5100系列，并在SPC-1測(cè)試中獲得600K IOPS的驕人成績(jī)。

技術(shù)優(yōu)勢(shì)

經(jīng)過(guò)多年的技術(shù)積累，華為已明確在SSD控制芯片上的發(fā)展思路，即：聚集企業(yè)級(jí)存儲(chǔ)應(yīng)用，將SSD與存儲(chǔ)系統(tǒng)結(jié)合，為客戶提供高性能，低功耗，低成本的企業(yè)級(jí)新介質(zhì)存儲(chǔ)系統(tǒng)解決方案。對(duì)于SSD控制芯片技術(shù)，重點(diǎn)在以下技術(shù)上突破：

高性能IO處理

具備高性能的系統(tǒng)架構(gòu)，可靈活擴(kuò)展，適應(yīng)多種接口應(yīng)用，能夠通過(guò)后端并發(fā)的方式實(shí)現(xiàn)和接口速率的匹配，整體達(dá)到順序讀寫帶寬和隨機(jī)IOPS性能最優(yōu)，其中決定SSD性能最重要的因素是IO調(diào)度管理算法，即通過(guò)數(shù)據(jù)在Cache內(nèi)的整合、調(diào)度、重組等方式來(lái)聚合更多有效的IO，同時(shí)結(jié)合介質(zhì)顆粒物理特性，最大限度的提升性能。

高可靠性與壽命

磨損均衡算法：Nand Flash對(duì)擦寫次數(shù)存在限制。MLC每個(gè)存儲(chǔ)單元的擦寫次數(shù)為1萬(wàn)次，SLC每個(gè)存儲(chǔ)單元的擦寫次數(shù)為10萬(wàn)次。擦寫次數(shù)的限制影響SSD的壽命。若Flash內(nèi)某物理區(qū)域不停被擦寫，則造成這些區(qū)域很快達(dá)到壽命極限而不能繼續(xù)使用。損耗均衡技術(shù)是為了將數(shù)據(jù)的擦寫平均分配至各個(gè)物理單元，達(dá)到每個(gè)單元磨損程度相同，從而延長(zhǎng)其使用壽命。

ECC（Error Correction Coding）校驗(yàn)算法：Nand Flash制造工藝決定了在對(duì)其進(jìn)行數(shù)據(jù)讀、寫及存儲(chǔ)都可能發(fā)生隨機(jī)位（bit）翻轉(zhuǎn)，即產(chǎn)生錯(cuò)誤數(shù)據(jù)。對(duì)此，必須在Flash芯片外部設(shè)計(jì)合適的糾錯(cuò)碼ECC對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的保護(hù)。Nand Flash分為單層（SLC）和多層（MLC），兩者由于工藝不同，出錯(cuò)模式和出錯(cuò)概率不同，對(duì)ECC糾錯(cuò)能力的要求也不同（SLC可靠性更高，不容易出錯(cuò)）。

壞塊管理技術(shù)：Nand Flash除了在寫數(shù)據(jù)時(shí)可能出現(xiàn)位翻轉(zhuǎn)之外，還可以出現(xiàn)壞塊，在寫入數(shù)據(jù)時(shí)如果遇到壞塊就會(huì)導(dǎo)致無(wú)法寫入，直接影響數(shù)據(jù)可靠性。壞塊分為兩種，第一種是出廠壞塊，通過(guò)壞塊表可以直接屏蔽；第二種為使用中產(chǎn)生壞塊，需要有及時(shí)偵測(cè)，進(jìn)行替換，并保證不影響數(shù)據(jù)一致性。

異常掉電保護(hù)與數(shù)據(jù)重構(gòu)技術(shù)：由于SSD采用緩存技術(shù)來(lái)提高性能與減少磨損，增加可靠性。所以在異常掉電情況下，可能造成緩存內(nèi)數(shù)據(jù)丟失，破壞用戶數(shù)據(jù)完整性。目前華為掌握掉電保護(hù)技術(shù)，采用主流的超級(jí)電容作為掉電支撐能源。當(dāng)電容失效情況發(fā)生時(shí)，會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)數(shù)據(jù)重構(gòu)，在數(shù)秒內(nèi)恢復(fù)用戶盤片上數(shù)據(jù)映射關(guān)系，重組數(shù)據(jù)，從而提升可靠性。

故障自診斷方法：針對(duì)數(shù)據(jù)通路，采用糾錯(cuò)與冗余的方式，進(jìn)行全路徑保護(hù)；接口部分，使用CRC進(jìn)行校驗(yàn)；Cache路徑采用ECC算法糾錯(cuò)；數(shù)據(jù)流向Flash路徑也提供ECC算法糾錯(cuò)。任何鏈路上的錯(cuò)誤都會(huì)以log方式記錄下來(lái)。上電后盤片的關(guān)鍵部件進(jìn)行自檢，如有錯(cuò)誤會(huì)立即報(bào)警。

動(dòng)態(tài)電源管理：固態(tài)硬盤的能源消耗僅為傳統(tǒng)機(jī)械硬盤的20%，性能方面高出傳統(tǒng)硬盤數(shù)倍，尤其在隨機(jī)操作的狀態(tài)下面行性能更是高出傳統(tǒng)機(jī)械硬盤一個(gè)數(shù)量級(jí)。綜合看來(lái)，在提供相同性能的服務(wù)下，固態(tài)硬盤的能耗更低。在華為自研的固態(tài)硬盤中更加創(chuàng)新的使用了動(dòng)態(tài)電源管理技術(shù)進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)節(jié)能目的。

技術(shù)專利

華為公司在信息存儲(chǔ)領(lǐng)域已擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)專利近200項(xiàng)，其中直接與本項(xiàng)目相關(guān)的專利多項(xiàng)。除此外擁有100多項(xiàng)SSD相關(guān)專利已或授權(quán)或正在受理。

表. 華為公司SSD已授權(quán)的部分專利
專利名稱                      國(guó)內(nèi)申請(qǐng)?zhí)?br />一種基于保留塊的SSD壽命提示方法 200810172315.9
一種自適應(yīng)SSD性能優(yōu)化算法 200810171723.2
一種分組線性動(dòng)態(tài)均衡方法 200810180172.6
一種基于Row休眠機(jī)制的SSD節(jié)能方法200810180163.7
一種自適應(yīng)提高SSD讀寫性能的方法 200810173692.4
一種針對(duì)存儲(chǔ)設(shè)備的固件加載裝置 200810180443.8
一種cache掉電數(shù)據(jù)保護(hù)方法 200810172111.5
一種基于多密鑰的加密存儲(chǔ)裝置寫方法200810188866.4
使用單一存儲(chǔ)控制器的固態(tài)硬盤存儲(chǔ)系統(tǒng)200920002714
SSD盤內(nèi)RAID實(shí)現(xiàn)高可靠性的方法 200910118167.7
一種確保SSD數(shù)據(jù)安全的自適應(yīng)方法 200910000351.1
一種基于頁(yè)級(jí)和塊級(jí)混合的FLASH管理方式200910005543.1

未來(lái)展望

華為致力于滿足客戶存儲(chǔ)業(yè)務(wù)發(fā)展需求，向客戶提供業(yè)界領(lǐng)先的專業(yè)存儲(chǔ)設(shè)備，將繼續(xù)加大研發(fā)投入，特別在下一代固態(tài)存儲(chǔ)介質(zhì)的SSD控制芯片技術(shù)研究上的重點(diǎn)投入。在傳統(tǒng)硬盤存儲(chǔ)系統(tǒng)逐漸縮小與主流存儲(chǔ)廠商的差距的同時(shí)，通過(guò)自主可控的華為存儲(chǔ)中國(guó)芯，在下一代固態(tài)存儲(chǔ)系統(tǒng)中建立技術(shù)領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)，為中國(guó)存儲(chǔ)行業(yè)注入強(qiáng)勁動(dòng)力。

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