Phison の電力損失保護で SSD データ損失を回避

Author ネイサン・ファン & リック・チェン | 2021年4月20日 | 全て, テクノロジー

現代のデータストレージの世界では、従来の HDD ではなく SSD を選択するユーザーが増えています。利点としては、パフォーマンスの向上、可動部品がないこと、故障率の低下などが挙げられます。ただし、SSDの特性上、弱点もあります。たとえば、SSD を使用している場合、予期しない電源喪失が発生した場合、データが失われたり破損したりする可能性があります。ただし、Phison SSD は予期せぬ電力損失に対処し、ユーザーの貴重なデータを失うリスクを克服できます。

SSD の仕組み

SSD の内部には、NAND フラッシュメモリ、DRAM、SSD コントローラという 3 つの主要コンポーネントがあります。 SSD がホストからデータを受信すると、そのデータはまず SSD コントローラーによって処理されます。その後、データはより揮発性の高い DRAM に送信され、DRAM は受信データを最適化し、パフォーマンスを向上させるデータバッファリングキャッシュとして機能します。最後に、データが NAND に書き込まれます。

DRAMの限界

DRAM は電力がなければデータを保存できない揮発性メモリであり、データは DRAM バッファ内に一時的にのみ保存されるためです。さらに悪いことに、DRAM にはファームウェア管理テーブルやシステムテーブルなどの他の情報が一時的に保持されます。一般的なパワーダウンシナリオでは、コントローラはパワーダウン前にすべての DRAM データを管理し、NAND に適切に保存します。ただし、予期しない電力損失が発生した場合、電力損失保護メカニズムがなければ、DRAM データが失われるか破損します。

ソリューション

Phison SSD には、予期しない電力損失イベントによるデータの損失や破損を防ぐために、ボード設計上にコンデンサコンポーネントを備えた pFail 保護回路が組み込まれています。これらのコンデンサは、SSD の UPS (無停電電源装置) として機能します。コンデンサは電源投入時に充電されます。予期せぬ電力損失が発生した場合、コンデンサはコントローラに追加のパワーダウン時間を提供し、DRAM 内のすべての重要な情報 (キャッシュされたユーザーデータと P2L テーブル) を NAND にコピーして、データの整合性を保証し、データの損失を防ぐことができます。

Phison の停電保護はどのように機能しますか?

予期しない電力低下が発生した場合、SSD ファームウェアは GPIO (汎用入出力) ピンを通じて電力低下の発生を検出し、ガベージコレクションやウェアレベリングを含む SSD のすべての内部アクティビティが一時停止されます。次に、キャッシュされたユーザーデータと P2L テーブルは、緊急データのバックアップのために一時的に割り当てられたブロックにすぐにフラッシュされます。

SSD の次回の電源投入時に、ドライブは最初の電源投入段階でフラッシュされたデータをブロックから読み取り、データを適切に保存できるダイナミックブロックに再配置します。

Phison の故障保護回路のテスト方法

停電保護機能を検証するために、Phison は OakGate テストシステムを使用してテストスクリプトを作成し、停電保護検証プロセスを実行して、回復されたデータが期待どおりに機能することを確認します。このようにして、Phison は、実際の予期せぬ電源切断シナリオに直面した場合でも、SSD が期待どおりに動作することを保証できます。

Phison pFail SSD と非 pFail SSD の比較

図 3 は、東芝 15nm MLC NAND を備えた Phison PS3110-S10 SATA III コントローラーを使用した 512GB 2.5 インチ SSD に基づく例を示しています。グラフは、pFail 回路が pFail 保護なしの回路と比較してどれだけ長いホールドアップ時間を提供できるかを示しています。
この例では、Phison の pFail 保護メカニズムは、DRAM バッファに保存されたキャッシュデータをフラッシュするために最大 25 ミリ秒のホールドアップ時間を提供して、データの整合性を保持し、データ損失を防ぎます。 *電圧保持時間はドライブ構成によって異なることに注意してください。

結論

フラッシュベースのストレージドライブの人気が高まるにつれ、SSD は従来のハードドライブよりもはるかに高いパフォーマンスと低い故障率を実現します。 Phison の電力損失保護機能を備えた SSD は、クライアントベース、コンシューマ、データセンター、組み込みアプリケーションなど、あらゆる種類のアプリケーションに最適なソリューションです。