固態(tài)硬盤(SSD)因電源故障而引起的數(shù)據(jù)丟失的風(fēng)險(xiǎn)可以通過(guò)多種方式實(shí)現(xiàn)最小化。例如，Swissbit公司最近推出了采用最先進(jìn)技術(shù)的2.5英寸的SATA 6Gb / s SSD固態(tài)硬盤，具有三個(gè)相互關(guān)聯(lián)的保護(hù)等級(jí)。
但首先考慮各種情況。當(dāng)控制的SSD關(guān)閉發(fā)生時(shí)，ATA“待機(jī)立即”命令會(huì)提示控制器，從而使其能夠?qū)⒕彌_區(qū)中的所有數(shù)據(jù)寫入非易失性NAND單元。在突然電壓下降的情況下，如果主機(jī)無(wú)法將“立即待機(jī)”命令發(fā)送到控制器，則所有未寫入的信息將會(huì)丟失，導(dǎo)致文件損壞。因此，第一個(gè)保護(hù)等級(jí)必須取代主機(jī)缺少的“預(yù)警”。
1級(jí)：壓降檢測(cè)
通過(guò)監(jiān)測(cè)工作電壓，SSD硬盤控制器可以檢測(cè)發(fā)生電源故障時(shí)的電壓降。控制器的固件可以根據(jù)各種閾值觸發(fā)兩種措施：關(guān)閉所有操作并發(fā)出閃寫保護(hù)(FWP)信號(hào)。如果達(dá)到第一個(gè)閾值，則禁用與主機(jī)的通信，但是將數(shù)據(jù)寫入SSD的過(guò)程將繼續(xù)進(jìn)行。如果達(dá)到第二個(gè)閾值，則禁止寫入，以防止由于部分閃存編程而導(dǎo)致保存的數(shù)據(jù)損壞。
SSD硬盤通常需要三毫秒以上才能完成寫入過(guò)程。對(duì)于5V器件，SSD硬盤的所有命令都將在4V電壓進(jìn)行阻塞，閃寫保護(hù)(FWP)信號(hào)以2.4V發(fā)送。對(duì)于3.3V的器件，電壓降的閾值為2.8V和2.4V。電壓下降的速度取決于主機(jī)，并且可能或可能不足夠慢，以允許“有序退出”。如果沒(méi)有足夠的時(shí)間，這通常在3.3V器件中出現(xiàn)，因?yàn)樗鼈兊拈撝蹬c另一個(gè)器件有輕微不同，當(dāng)設(shè)備重新啟動(dòng)時(shí)，固件機(jī)制啟動(dòng)將部分編程的扇區(qū)重置為先前的值。盡管在這種情況下數(shù)據(jù)仍然丟失，但是避免了由中斷的寫入過(guò)程引起的數(shù)據(jù)損壞。
2級(jí)：電壓裕量
第二個(gè)失效機(jī)制與電壓降有關(guān)。通常，主機(jī)電壓和閃存電壓曲線彼此平行。這里的任務(wù)是獲得足夠的時(shí)間來(lái)使SSD電壓降曲線變得平坦。解決方案是將電容器集成到SSD硬盤電源中。在檢測(cè)到第一個(gè)閾值時(shí)，控制器禁用主機(jī)操作，并同時(shí)電容器放電以提供足夠的電力來(lái)完成寫入過(guò)程。高端服務(wù)器SSD硬盤和工業(yè)SSD硬盤(如Swissbit X-60和X-600系列)可提供此類電源故障保護(hù)功能。
SSD PCB上的電容器組：電容器彼此排成一列，并準(zhǔn)備提供電能(沿右邊緣)。
3級(jí)：完整的數(shù)據(jù)備份
高端SSD硬盤使用DRAM內(nèi)存來(lái)提高性能并降低寫入放大系數(shù)(WAF)。上述斷電機(jī)制的電平使DRAM內(nèi)存數(shù)據(jù)無(wú)保護(hù)。如果在電源故障期間，這種數(shù)據(jù)需要可靠地寫入閃速存儲(chǔ)器(稱為數(shù)據(jù)硬化的機(jī)制)，則需要更復(fù)雜的電路和更大的電容器的電能儲(chǔ)備。
生產(chǎn)制造商首先必須確定采用哪些電容器最合適。如果電力儲(chǔ)存能力是唯一的考慮因素，超級(jí)電容器當(dāng)然是最好的解決方案，因?yàn)樗鼈兛梢詢?chǔ)存足夠的電能，并在發(fā)生電壓降時(shí)提供電能。因此，它們被廣泛用于IT應(yīng)用。但是，對(duì)于服務(wù)于工業(yè)應(yīng)用或數(shù)據(jù)中心受控條件之外的其他嚴(yán)格場(chǎng)景的SSD硬盤，也有在電容器提供電力容量之外的其他因素發(fā)揮作用。
因?yàn)槌?jí)電容器是“濕的”，也就是說(shuō)，電容器它們含有液體電解質(zhì)，并且當(dāng)受到高溫和高壓尖峰時(shí)會(huì)膨脹，它們不僅可以破壞自身，而且可以破壞鄰近的部件。作為回應(yīng)，以下兩種設(shè)計(jì)方法是有幫助的。首先，SSD硬盤可以通過(guò)并聯(lián)連接的電容器組而不是使用超級(jí)電容器為DRAM內(nèi)存數(shù)據(jù)加固提供備用電源。該解決方案符合“N + 1”冗余的原則，在電源故障的情況下提供了足夠的裕量。第二，含有干電解質(zhì)的聚合物鉭電容器提供了一個(gè)出色耐用的模塊，可承受-55°C至+ 105°C的溫度。
在電壓下降的情況下，這個(gè)電源管理器芯片切換到電容器，并產(chǎn)生一個(gè)易失性數(shù)據(jù)“硬化”命令。
斷電電路
高耐用的電容器組可以集成到一個(gè)特殊的電源故障電路中，其電源管理器芯片控制電源。在正常工作條件下，該芯片接收主機(jī)產(chǎn)生的電源，為SSD硬盤供電，同時(shí)為電容器組充電至較高的電壓。如果檢測(cè)到電壓下降，則電源管理器芯片將電源從主機(jī)切換到電容器。同時(shí)，它會(huì)產(chǎn)生觸發(fā)控制器數(shù)據(jù)硬化順序的停電信號(hào)。在SSD寫入過(guò)程完成后，產(chǎn)生“硬化完成”信號(hào)，以便控制固態(tài)電壓源的關(guān)斷。
結(jié)論
除了高端工業(yè)SSD硬盤在電源故障情況下提供的最先進(jìn)的數(shù)據(jù)丟失保護(hù)機(jī)制之外，這些設(shè)備還提供了與服務(wù)器甚至消費(fèi)級(jí)SSD相區(qū)分的其他功能。這些功能包括更堅(jiān)固的外殼和高品質(zhì)的觸點(diǎn)。嵌入式應(yīng)用的存儲(chǔ)解決方案的另一個(gè)重要特性就是它們的長(zhǎng)壽命。這一特性不僅意味著SSD硬盤具有長(zhǎng)期的可用性或可交付性，而且從技術(shù)角度來(lái)看，這是一項(xiàng)偉大的投資保護(hù)，同時(shí)也提高了耐用性。這個(gè)特點(diǎn)是由于采取了防止過(guò)早老化的許多措施，如較低的寫入放大系數(shù)(WAF)和過(guò)度配置。
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