毫無(wú)疑問，單片集成半導(dǎo)體微電子技術(shù)的發(fā)明、隨后的完善和持續(xù)進(jìn)步至少在過去五年中塑造了我們的世界。雖然對(duì)碳納米管等新材料的研究有可能徹底改變?cè)撔袠I(yè)，但在可預(yù)見的未來，傳統(tǒng)的半導(dǎo)體技術(shù)（可能很快就會(huì)被稱為）可能會(huì)繼續(xù)占據(jù)主導(dǎo)地位。

我們對(duì)半導(dǎo)體的熟悉和依賴基于很多因素，但其中最重要的是它們的可靠性。半導(dǎo)體行業(yè)竭盡全力在每個(gè)新工藝（仍受摩爾定律驅(qū)動(dòng)）成為主流之前對(duì)其進(jìn)行全面描述。這意味著集成設(shè)備在現(xiàn)場(chǎng)發(fā)生故障的情況極為罕見。如果使用得當(dāng)，它們本質(zhì)上是健壯且極有彈性的。

不能對(duì)大容量存儲(chǔ)進(jìn)行同樣的假設(shè)，這是一個(gè)不幸的事實(shí)，但卻被廣泛理解和接受。它簡(jiǎn)單地歸結(jié)為所涉及的物理學(xué)；由于磁性存儲(chǔ)包括移動(dòng)部件，因此它自然會(huì)根據(jù)使用水平具有有限的預(yù)期壽命。但是，由于固態(tài)存儲(chǔ)器沒有明顯的移動(dòng)部件，因此它的使用壽命可能并不那么明顯，它也具有有限的壽命，這也取決于使用情況。

非易失性、可擦除存儲(chǔ)器（如閃存）背后的基本原理是浮動(dòng)?xùn)艠O的概念。當(dāng)然，傳統(tǒng)晶體管有一個(gè)柵極，而柵極上的電位會(huì)影響通過溝道從源極到漏極的電荷流動(dòng)。在閃存中，柵極上的電位指示單元的二進(jìn)制狀態(tài)；0 或 1（或者，在多級(jí)單元的情況下，為 00、01、10、11）。在斷電后保持這種狀態(tài)定義了閃存的非易失性，并且在斷電后添加可以存儲(chǔ)電荷的浮動(dòng)?xùn)艠O是閃存功能的基礎(chǔ)。不幸的是，在浮柵上設(shè)置電位的過程對(duì)于基板來說是相對(duì)艱巨的，這意味著它會(huì)經(jīng)歷類似于硬盤驅(qū)動(dòng)器中的運(yùn)動(dòng)部件磨損的疲勞。

接受閃存會(huì)磨損并可能發(fā)生故障這一點(diǎn)很重要，因此減輕潛在故障的影響也很重要且明智。然而，挑戰(zhàn)的一部分是，即使在相同的條件下，并非所有的內(nèi)存都會(huì)以相同的速度耗盡。使這一事實(shí)更加復(fù)雜的是一個(gè)嚴(yán)酷的現(xiàn)實(shí)，即從來沒有兩個(gè)應(yīng)用程序以完全相同的方式使用內(nèi)存，所以即使它是可預(yù)測(cè)的，它也會(huì)受到許多因素的影響，其中一些可能是未知的。

這就是高級(jí)監(jiān)控和診斷工具可以提供幫助的地方。由于了解了閃存磨損的性質(zhì)，因此可以采取預(yù)防措施來防止故障的影響，并使用收集到的信息來對(duì)要設(shè)計(jì)的閃存類型做出更明智的設(shè)計(jì)決策。但是，通常工具無(wú)法提供對(duì)隱藏在文件系統(tǒng)和 FTL 后面的物理級(jí)別的洞察。

了解您的用例

除了在高層次上如何設(shè)計(jì)系統(tǒng)外，低層次上功能的相互依賴性會(huì)動(dòng)態(tài)地改變它的運(yùn)行方式。這就是固件工程師的技能和經(jīng)驗(yàn)發(fā)揮作用的地方，因?yàn)樗軌蛞钥煽康姆绞綄?duì)外部條件和刺激做出反應(yīng)，這確實(shí)決定了任何系統(tǒng)的操作。

當(dāng)然，這種幾乎隨機(jī)的性質(zhì)意味著使用大容量存儲(chǔ)的方式實(shí)際上取決于系統(tǒng)級(jí)別的用例，這使得預(yù)測(cè)這種行為特別困難。深入了解系統(tǒng)在低級(jí)別的確切功能，包括訪問內(nèi)存的頻率、編程/擦除周期的頻率以及由此導(dǎo)致的長(zhǎng)期耐用性，這對(duì)于幫助預(yù)測(cè)內(nèi)存的整體壽命非常有用子系統(tǒng)。

Hyperstone 開發(fā)了在實(shí)際應(yīng)用程序中記錄這種低級(jí)別活動(dòng)的方法，并使用由此生成的數(shù)據(jù)來準(zhǔn)確分析內(nèi)存的使用情況。這種分析有助于設(shè)計(jì)人員了解他們自己的特定用例以及所選內(nèi)存類型如何影響整體系統(tǒng)性能，以及預(yù)測(cè)何時(shí)可能發(fā)生故障。

Hyperstone 開發(fā)的健康監(jiān)測(cè)技術(shù)作為 hySMART 工具提供（見下文）。使用標(biāo)準(zhǔn)存儲(chǔ)卡可以捕獲在主機(jī)和閃存控制器之間傳遞的事務(wù)。這將包括數(shù)據(jù)傳輸?shù)念愋停珥樞蚧螂S機(jī)讀取、寫入或讀取的數(shù)據(jù)量以及傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量。該數(shù)據(jù)的性質(zhì)將定義客戶的特定用例，但數(shù)據(jù)的內(nèi)容仍然對(duì)工具隱藏。

了解存儲(chǔ)

Hyperstone 用于執(zhí)行用例分析的主要工具之一是其專有工具 hySMART。這是對(duì)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) SMART（自我監(jiān)控、分析和報(bào)告技術(shù)）的擴(kuò)展，它嵌入在大多數(shù)（如果不是全部）硬盤驅(qū)動(dòng)器中，并使用 ATA 命令進(jìn)行訪問。

雖然 SMART 最初是為了分析硬盤驅(qū)動(dòng)器的健康狀況而開發(fā)的，但它已被固態(tài)驅(qū)動(dòng)器制造商和現(xiàn)在的 NAND 閃存廣泛采用，原因大致相同。許多命令都適用于這兩種技術(shù)，并且現(xiàn)在得到大量 Hyperstone 閃存控制器系列的支持。

使用 SMART ATA 命令進(jìn)行的分析非常廣泛。Hyperstone 支持 ATA 標(biāo)準(zhǔn)命令以及特定于供應(yīng)商的命令。通常，發(fā)出命令會(huì)以 ASCII 字符串或原始十六進(jìn)制數(shù)據(jù)的形式返回?cái)?shù)據(jù)。解釋這些數(shù)據(jù)的工作落到了 hySMART 工具上，該工具將數(shù)據(jù)解碼并以更有用的格式呈現(xiàn)，可以幫助開發(fā)人員了解所連接內(nèi)存的運(yùn)行狀態(tài)。

hySMART 工具實(shí)際上是一個(gè) GUI，可用于解釋從連接到主機(jī)的驅(qū)動(dòng)器收集的 SMART 數(shù)據(jù)。通過收集驅(qū)動(dòng)器提供的日志數(shù)據(jù)，它可以以圖形方式表示有關(guān)驅(qū)動(dòng)器的關(guān)鍵信息，例如備用塊。此外，它還提供有關(guān)塊擦除次數(shù)的數(shù)據(jù)，并使用它來預(yù)測(cè)壽命。ECC 錯(cuò)誤信息也以圖形方式呈現(xiàn)為 ECC 錯(cuò)誤直方圖，包括可糾正和不可糾正的錯(cuò)誤。

結(jié)論

閃存是所有現(xiàn)代系統(tǒng)的基本組成部分，因?yàn)樯傻臄?shù)據(jù)量每天都在增加。物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)時(shí)代在很大程度上依賴于存儲(chǔ)設(shè)備的耐用性，在可以看到系統(tǒng)預(yù)期壽命內(nèi)重復(fù)編程/擦除周期的操作條件下。

Hyperstone 開發(fā)的高級(jí)分析工具變得越來越重要，因?yàn)樗鼈兪乖O(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)能夠更好地了解他們的設(shè)計(jì)如何使用閃存以及該用例對(duì)所選內(nèi)存的長(zhǎng)期影響。

通過與 Hyperstone 密切合作，制造商可以獲得他們現(xiàn)在需要的幫助和支持，以開發(fā)更可靠的產(chǎn)品，在其預(yù)期的生命周期內(nèi)提供更高的性能。

審核編輯：郭婷