Nasz werdykt
Silicon Motion jest na dobrej drodze, aby ponownie przejąć rynek podstawowy i główny. Bardzo niewiele firm jest tak daleko w rozwoju kontrolerów dla pamięci flash 3D, ale SM2258 jest już prawie gotowy w formie, którą dzisiaj testowaliśmy. Podejrzewamy, że będzie liderem na rynku i zwiększy liczbę wygranych projektów dla firmy na przełomie 2016 i 2017 roku.
Do
Niski koszt 4-kanałowy projekt
Doskonała niezawodność
Solidna wydajność dla liczby matryc NAND
Przeciwko
Obecnie nie jest w 100% zoptymalizowany
Specyfikacje i funkcje
Kontroler Silicon Motion SM2258 jest już dostarczany z 2D NAND w dyskach SSD Intel 540 (konsumenckie) i 5400 (profesjonalne). Intel wykorzystał potężną kontrolę parzystości o niskiej gęstości SM2258, aby uzyskać ostatni oddech dzięki pamięci 2D NAND, ale spodziewamy się, że SM2258 pojawi się w kilku nowych produktach, gdy flash IMFT 3D stanie się powszechnie dostępny.
Na targach Computex 2016 rozmawialiśmy z kilkoma producentami dysków SSD poziomu 3, czyli firmami nie produkującymi pamięci flash NAND ani własnością intelektualną kontrolerów SSD, którzy oceniali SM2258 pod kątem przyszłych projektów dysków SSD z nową technologią 3D NAND IMFT (Intel/Micron Flash Technology). Silicon Motion, Inc. (SMI) zbudowała dobrą współpracę zarówno z Intelem, jak i Micronem, dostarczając im kontrolery dla istniejących i przyszłych dysków SSD, dzięki czemu nie ma tylko miejsca w pierwszym rzędzie na pokaz 3D NAND; tak naprawdę jest w ringu z nową lampą błyskową IMFT 3D.
Firma SMI zobowiązała się już do zbudowania kontrolera SM2260 NVMe dla nowej marki gier Micron Ballistix, w której zastosowano nową pamięć flash 3D z wielopoziomową komórką (MLC). Współpraca pomogła firmie zdobyć praktyczną wiedzę na temat nowej lampy błyskowej, podczas gdy niektórzy inni producenci kontrolerów wciąż czekają na próbkę, aby móc zbudować prototyp kontrolera.
Przyjrzyjmy się najpierw modelowi SM2258 klasy podstawowej, który obsługuje teraz flash 3D TLC firmy IMFT.
Właściwości techniczne
Silicon Motion SM2258
Aby zbudować kontroler, firma SMI musiała opanować dwie dyscypliny, które często są ze sobą sprzeczne. Pierwszą przeszkodą było opracowanie nowego niestandardowego kontrolera dla rynku SSD klasy podstawowej, czyli segmentu, w którym model o najniższej cenie często dominuje w sprzedaży. Drugim wyzwaniem było opracowanie i wdrożenie nowych technologii, które umożliwią rozwój taniego, mało wytrzymałego 3-bitowego flasha na komórkę w warunkach konsumenckich dysków SSD przez okres gwarancji. Sztuką jest połączenie niskich kosztów i zaawansowanej technologii w jeden projekt.
Architektura
32-bitowy procesor RISC
64-bitowa magistrala systemowa o wysokiej wydajności
Automatyczny mechanizm uśpienia i budzenia w celu oszczędzania energii
Wbudowane detektory napięcia chroniące przed awarią zasilania
Wbudowany reset po włączeniu zasilania i regulatory napięcia
Wbudowany czujnik temperatury do wykrywania temperatury SSD
Obsługuje interfejs JTAG, interfejs UART (RS-232) i interfejs I2C do debugowania w systemie;
Interfejs hosta
Zgodność z SATA w wersji 3.1
Zgodność z poleceniami ATA/ATAPI-8 i ACS-3
Szybkość interfejsu SATA 6 Gb/s (wsteczna kompatybilność z 1,5 Gb/s i 3 Gb/s)
Natywne kolejkowanie poleceń do 32 poleceń
Obsługuje tryb uśpienia urządzenia SATA (DevSleep)
Polecenie zarządzania zbiorem danych (TRIM)
Technologia samodzielnego monitorowania, analizy i raportowania (SMART)
Obsługuje tryb uśpienia PHY (CFast PHYSLP)
Obsługuje 28-bitowe i 48-bitowe polecenia trybu LBA (adresowanie bloków logicznych)
Ochrona danych i niezawodność
Obsługuje zestaw funkcji bezpieczeństwa ATA8
Obsługuje usuwanie bezpieczeństwa danych i szybkie usuwanie
Opatentowana technologia korekcji błędów i ochrony danych NANDXtend potraja cykle P/E dla urządzeń 3D TLC SSD
Wewnętrzna technika kształtowania danych zwiększa ich wytrzymałość
Opcja ochrony programowej/sprzętowej przed zapisem
Technologia StaticDataRefresh zapewnia integralność danych
Opcja wczesnej emerytury ze słabym blokiem
Globalny algorytm niwelowania zużycia wyrównuje liczbę programów/kasowań i wydłuża żywotność dysku SSD
Obsługa NAND Flash
Obsługuje 1z nm TLC i 3D MLC / TLC NAND
Obsługuje ONFI 3.0, Toggle 2.0 i interfejs asynchroniczny
Obsługuje we/wy Flash 1.8V/3.3V
Obsługuje rozmiar strony 8KB i 16KB
Obsługuje operacje 1-płaszczyznowe, 2-płaszczyznowe i 4-płaszczyznowe
4-kanałowy interfejs flash obsługuje do 32 urządzeń NAND flash
Interfejs DRAM
16-bitowy szeroki interfejs DRAM
Obsługuje DDR3/DDR3L
SMI używa własnych kodów korekcji błędów NANDXtend o niskiej gęstości parzystości (LDPC) z SM2258. Korekcja błędów to podstawowa technologia, która umożliwia producentom dysków SSD tworzenie nowych tanich dysków SSD z pamięcią NAND o niższej jakości. Brudną tajemnicą jest to, że wytrzymałość pamięci NAND zmniejszała się z każdym nowym zmniejszeniem litografii, a LDPC zapewnia zarówno miękkie, jak i twarde opcje dekodowania, aby zwiększyć wytrzymałość poza surowy wskaźnik błędów.
Teoretycznie flash 3D IMFT miał zresetować zegar na wytrzymałość NAND, ale niektórzy producenci dysków SSD wciąż przygotowują się na 1000 do 3000 cykli programu/kasowania bez wyrafinowanych technik korekcji błędów.
NANDXtend nie jest nową technologią. SMI użył go na kontrolerze SM2256, który zaprojektował dla planarnego flasha TLC. Silicon Motion kontynuuje ulepszanie kodu LDPC, aby zapewnić jeszcze większą wytrzymałość i wydajność przy jednoczesnym zmniejszeniu zużycia energii.
StaticDataRefresh to kolejna zastrzeżona technologia firmy SMI, ale inne firmy mają podobne funkcje. Technika ta chroni dane przed dryfem napięcia, który występuje, gdy osiem poziomów naładowania ogniw (z TLC) się przemieszcza. „Dryf” zmusza kontroler do korzystania z solidnych technik ECC w celu prawidłowego odczytu danych, gdy napięcia zbliżają się do następnego poziomu naładowania, ale dodatkowe kroki zwiększają opóźnienie i spowalniają wydajność odczytu. Technologia StaticDataRefresh monitoruje napięcia i zapewnia szybkie odświeżanie w razie potrzeby, aby utrzymać wysoką wydajność odczytu w czasie.
SM2258 wprowadza inne ulepszenia w stosunku do rocznego kontrolera SM2256. Najpierw rozmawialiśmy o nowych schematach pisania bezpośrednio do matrycy z konkurencyjnym kontrolerem Phison S10, ale SMI ma podobną technologię „direct-to-TLC”. Obie działają tak samo. Gdy bufor zaprogramowany przez SLC zapełni się, dysk SSD zaczyna zapisywać przychodzące dane bezpośrednio do pamięci flash TLC. W poprzednich dyskach SSD wszystkie przychodzące dane przechodziły przez bufor SLC, zanim dysk SSD zapisał je w warstwie TLC. Ta technika zmniejszyła zużycie pamięci flash, ale metoda „zwinięcia” zmusiła dysk SSD do spowolnienia przychodzących danych po zapełnieniu szybkiego bufora SLC. Metoda fold pozwoliła dyskowi SSD na udostępnienie miejsca na więcej danych przychodzących, ale miało to miejsce, gdy SDD przesyłał dane do wolniejszego obszaru TLC.
Sterownik SM2258 zgłasza dużą liczbę odczytów SMART. Nasza próbka może mieć link do BX300 nowej generacji. Seria BX to podstawowa oferta firmy Crucial, która wykorzystuje również pamięć flash Micron. W przeszłości firma Crucial używała kontrolerów SMI dla serii BX. Obecnie nie ma gwarancji, że BX300 zostanie dostarczony z kontrolerem SM2258 firmy Silicon Motion, a żadna z firm nie opublikowała publicznego komentarza na temat wygranego projektu BX300.
Bliższe spojrzenie
IMFT 3D TLC flash to pierwsza na świecie matryca 384 Gbit, co odpowiada 48 GB na matrycę. NAND zapewnia 1,5x większą pojemność pamięci flash 256Gbit MLC, co było po prostu następną ewolucją starszego układu 128Gbit. Nieparzysta gęstość oznacza, że dyski SSD z flashem będą miały bardzo dziwne konfiguracje. Większość dysków SSD o pojemności 256 GB na rynku wykorzystuje cztery lub osiem pakietów, ale model referencyjny SM2258, który mamy pod ręką, zawiera sześć pakietów. Każde opakowanie zawiera pojedynczą matrycę NAND o pojemności 48 GB, co daje łącznie 288 GB surowej pojemności.
Firmy mogą podzielić pulę 288 GB na 256 GB adresowalnej pojemności z 32 GB zarezerwowanymi na aktywność w tle lub 240 GB z zarezerwowanymi 48 GB. Dysk Crucial MX300 jest dostarczany z pojemnością 275 GB, ale podejrzewamy, że inni producenci dysków SSD wybiorą większy obszar zapasowy ze względu na korzyści związane z wydajnością.
Powinno to oznaczać koniec 128 GB dysków SSD na większości rynków, ale przesuwa dyski SSD o niskiej równoległości (AKA wolniejsze) do klasy pojemności 256 GB. Dyski SSD o pojemności 256 GB wkrótce staną się przestarzałe dla większości naszych czytników, a dyski SSD o pojemności 512 GB przejmą stery do użytku masowego. Nawet egzotyczne modele 2TB stają się coraz bardziej powszechne.
Kontroler SMI SM2258 obsługuje 4 kanały z 8 CE, co oznacza, że obsługuje do 1536 GB pamięci NAND z matrycą 384Gbit. Micron ujawnił już pewne szczegóły dotyczące TLC 3D nowej generacji, którego oczekuje się w 2017 roku. Nowy stos podwaja się z 32 warstw do 64 warstw, a gęstość matrycy wzrasta z 48 GB do ogromnego 96 GB.
Dodatkowa pojemność pamięci flash oznacza, że kontroler musi zaadresować więcej pamięci DRAM, aby buforować dane warstwy translacji flash. Nasza próbka prototypu SM2258 ma pady dla dwóch pakietów DDR3/DDR3L.
Pamięć flash 3D TLC firmy Micron przechowuje trzy razy więcej danych niż najgęstsza planarna TLC firmy. Aby uzyskać podstawową wydajność, producenci dysków SSD będą musieli skupić się na produktach klasy 512 GB jako punkcie wyjścia. Wszystko poniżej tej pojemności będzie cierpieć z powodu większych opóźnień i niższej wydajności sekwencyjnej podczas prawie wszystkich obciążeń.
Aby dotrzeć do celu, prototyp SMI SM2258, który testujemy, ma taką samą zrównoleglenie, jak wiele obecnych dysków SSD 64 GB. Kiedy ostatnio rozmawialiśmy o szybkim dysku SSD 64 GB, a nawet jakimkolwiek dysku SSD o takiej pojemności? To jest różnica, że IMFT dokonał skoku do 384Gbit z TLC NAND.
