061bb82a3bac98046f1681a4d0aa311f 台灣三大固態硬碟控制器設計廠商之一的 SMI,去年曾展出新一代控制器產品 SM2256,宣稱針對 TLC 和先進製程快閃記憶體強化設計,所具備 NANDXtend 技術可以使 TLC 顆粒提升 3 倍耐用度。SM2256 已於日前正式發表推出,原廠並提供測試樣品機予以測試評估之用,讓我們來看它能有何等性能表現。

主流效能市場由外商壟斷,台廠從入門產品反攻

大約半年前,我們在「2014 年固態硬碟新趨勢,TLC 顆粒將成為低價市場主流?」一文,提及市場調查研究機構 DRAMeXchange,指出 2014 年固態硬碟發展趨勢之一,是 TLC 顆粒應用普及度將會提高。雖然這段時間內除了 SanDisk 新加入之外,並沒有更多廠商實際投入市場,但確實有不少廠商內部正在進行開發評估。

另一造,是台灣固態硬碟控制器設計廠商,相當積極開發新一代產品,企圖搶下更多的價格導向產品市場。當時介紹到, SMI(Silicon Motion,慧榮科技)、Phison(群聯電子)這兩家,曾於國外儲存設備相關活動展出新控制器產品,型號依序分別為 SM2256 與 PS3110。其中 SMI 於日前正式發表推出 SM2256,並主動提供自家開發測試樣品,讓我們進行測試評估。

台系控制器重新展露頭角,工程樣品嘗鮮體驗


▲ SMI 官方所提供 SM2256 控制器測試樣品。

一款固態硬碟控制器,從開發完成、導入量產,提供給予固態硬碟廠商測試驗證,直到讓實體產品上市是需要點時間。因此 SMI 搶在採用此設計方案的固態硬碟廠商,各自送測正式量產市售產品之前,自行提供內部樣品給予媒體,說來也不是什麼太令人驚訝的事。

不過基於是官方內部測試樣品的關係,這款 SM2256 樣品可沒有光鮮亮麗的外觀設計,仔細看像是隨手抓了個 2.5 吋外殼來搭配。除了只將電路板簡單固定在上面,也沒鎖上完整外蓋就來到了我們手中,這可真是熱騰騰新鮮出爐。

首先簡單來環顧一下這款樣品,可看出 SM2256 公版電路設計,在正反面各能配置 8 顆快閃記憶體,總數最多為 16 顆,此外背面有 2 個動態隨機存取記憶體焊點。其電路設計布局和多數市售產品相仿,只是多了幾個測試接點/連接器、跳針(Jumper),這些測試驗證過程中會用到的連結介面。


▲ SMI SM2256 工程樣品,正面配置控制器與 8 個快閃記憶體焊點。


▲ SMI SM2256 工程樣品,反面配置 2 個動態隨機存取記憶體、另外 8 個快閃記憶體焊點。

片面規格改變有限,實質進化在於核心


▲ SMI SM2256 控制器樣品實際外觀。

SMI 過去大多著重在 4 通道控制器開發,這款 SM2256 是最新一代當家產品,仍然沿用此規格設計。其傳輸介面為典型的 SATA 6Gb/s(Revision 3.1)規格,除了支援 AES 128 / 256、TCG Opal 加密標準,還具備時下比較新的 LDPC ECC 校錯機制。其餘通俗的特徵規格,還有支援 DevSleep 省電模式、NCQ(Native Command Queuing,原生命令緒列)、Trim 等等,規格並不會亞於舶來品。

其內部整併 32bit 版本 RISC 處理器核心,並具有獨立的 SRAM、ROM 等單元,此外需要搭配動態隨機存取記憶體,可相容支援 DDR3 與 DDR3L 規格顆粒。就基本規格而言,SM2256 和前一代的 SM2246EN 極為相近,較大差別在於 SM2246EN 另外可支援 DDR2 記憶體,而 SM22566 新導入 LDPC ECC 錯誤修正碼。


▲ SMI SM2256 控制器架構示意圖。


▲ SMI SM2246EN 控制器架構示意圖。

SMI 一再強調快閃記憶體搭配支援能力,SM2256 相容於 ONFI 3.0、Toggle 2.0 規範,意指 Micron 與 Toshiba 雙方陣營的顆粒產品皆可通吃,而且支援目前已經較少廠商採用的非同步傳輸模式。而每個資料傳輸通道,最多可控制 8 個快閃記憶體裸晶圓(即相容 8CE 堆疊封裝顆粒),得以彌補傳輸通道數量落差,並且組建出大容量產品。

SM2256 與 SM2246EN 兩者,規格表列皆可支援 MLC 和 TLC 類型顆粒,而且可為採用 1x、1y、1z、2x、2y 世代製程生產的產品,這讓兩者看來又極為相同。關鍵差異在於 SM2256 除了新增支援 3D 快閃記憶體,還另外具備全新的 NANDXtend 技術功能,藉以強化 TLC 顆粒搭配應用的可靠度。


▲ SM2256 主打賣點之一是支援 TLC 快閃記憶體,測試樣品是選用 Samsung 的 19nm 製程 TLC 顆粒。

導入多層級 ECC 機制,克服半導體技術挑戰

TLC 顆粒簡直讓玩家聞之色變,依晶圓廠商篩選標準而定,設計理論耐用度落在 500~1500P/E 範圍,和 MLC 當前普遍的 3000P/E(P/E Cycle)規格相較下,無可否認令人存疑。不過在 Windows 環境典型應用條件下,約等 1000P/E 規格的 TLC 顆粒用作於固態硬碟,就簡單的數學加乘法來計算,還是得以撐過產品本身所提供保固期限。

當然了,產品真實耐用度牽扯到相當多變因,不是三言兩語就能解釋清楚,這邊就不去加以深入探究。總而言之,即便是玩家稱讚的 SLC 顆粒,資料存取過程中仍然會出現錯誤,因此需要透過 ECC(Error Correction Code,錯誤修正碼)進行偵錯、修正等作業。ECC 普遍應用於各式儲存產品、資料傳輸,即便是傳統硬碟也有配備,只不過硬碟廠商不太會提及這點。

▲ SMI SM2256 NANDXtend 解錯修正技術機能架構示意圖。

相較於傳統的 BCH(Bose Chaudhuri Hocquengham Code)錯誤修正碼,新一代 LDPC(Low Density Parity Check)成為半導體製程演進,乃至於 TLC 顆粒與 3D 電晶體等應用,多方廠商逐漸倚重的錯誤修正碼標準。LDPC 發源和 BCH 同樣早在數十餘年前,但針對此類應用的編碼、解碼效率更高,甚至是同位元(parity bit)占用量也比較少(以 bit 為單位),因此成為產業未來發展應用的重點。

SMI 以 LDPC 為基礎,構成 NANDXtend 解錯修正技術機能,藉以提升資料讀取正確性。其除錯結構分為 3 個層級,當資料讀取出現錯誤會依序由 LDPC 硬體解碼、LDPC 軟體解碼、RAID Data Recovery 等,這 3 個層級依序嘗試修正錯誤,以確保所讀取出來的資料正確性。SMI 官方宣稱,該技術能讓 TLC 顆粒耐用度,提升相當於 3 倍的理論抹寫次數,使可靠度與成本達到最佳平衡點。

 

(下一頁還有:SMI SM2256 效能實測驗證)

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小白
1.  小白 (發表於 2015年2月18日 22:49)
只要搭配 「SM2256 + TLC顆粒 512GB SSD」 的售價不超過

NT:4000元的話,倒是有興趣買一顆來玩玩。

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