堅(jiān)固耐用的特性，如抗沖擊和振動(dòng)以及寬工作溫度范圍，現(xiàn)在在嵌入式固態(tài)硬盤中很常見(jiàn)。但是，如果沒(méi)有強(qiáng)大的電源保護(hù)，在發(fā)生意外斷電時(shí)，數(shù)據(jù)可靠性可能會(huì)受到嚴(yán)重?fù)p害。

作為一項(xiàng)顛覆性技術(shù)，SSD在從消費(fèi)類筆記本電腦到企業(yè)數(shù)據(jù)中心再到工業(yè)嵌入式系統(tǒng)的各種應(yīng)用中已經(jīng)取代了較慢的傳統(tǒng)硬盤。除了提供更快的I/O性能外，沒(méi)有移動(dòng)部件意味著SSD消耗更少的功率，并且本質(zhì)上更耐沖擊和振動(dòng)，使其適用于工業(yè)和嵌入式系統(tǒng)通常部署的惡劣環(huán)境。

與具有冗余備用電源發(fā)生器和計(jì)劃數(shù)據(jù)備份的企業(yè)數(shù)據(jù)中心中的SSD不同，部署在工業(yè)和嵌入式系統(tǒng)中的SSD通常在電源不可靠的惡劣環(huán)境中運(yùn)行時(shí)存儲(chǔ)關(guān)鍵數(shù)據(jù)。

SSD的堅(jiān)固特性使其成為嵌入式和工業(yè)用途的可靠數(shù)據(jù)存儲(chǔ)解決方案，但同樣，只有在解決功率損耗問(wèn)題時(shí)。雖然從閃存讀取非常簡(jiǎn)單，但寫入閃存更為復(fù)雜，并且大多數(shù) SSD 使用易失性 DRAM 緩存來(lái)優(yōu)化寫入操作。這些 DRAM 緩沖區(qū)通過(guò)緩存 I/O 操作和在驅(qū)動(dòng)器周圍分布寫入操作來(lái)提高 SSD 性能和使用壽命。然而，由于DRAM是一種易失性的存儲(chǔ)介質(zhì)，因此在發(fā)生意外斷電的情況下，除非采用電源保護(hù)策略，否則存儲(chǔ)在這些緩沖區(qū)中的關(guān)鍵數(shù)據(jù)可能會(huì)不可挽回地丟失。

磁性介質(zhì)可以就地覆蓋，但寫入閃存需要首先擦除先前存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)。因此，每次寫入不再是單個(gè)操作，而是擦除，然后是程序（PE）操作。此外，雖然讀取操作可以一次讀取一個(gè)小數(shù)據(jù)單元，但PE周期在塊級(jí)別運(yùn)行。僅僅為了寫入一個(gè)單元而擦除一個(gè)大塊是低效的，因此寫入操作通常在一次寫入閃存塊之前被緩存。

實(shí)現(xiàn)寫入緩沖區(qū)允許 SSD 每秒實(shí)現(xiàn)大量操作。同時(shí)，通過(guò)使用易失性DRAM，它們?cè)隗a臟的電源條件下對(duì)數(shù)據(jù)可靠性提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。當(dāng)電源意外丟失時(shí)，需要將所有緩沖區(qū)內(nèi)容刷新到非易失性存儲(chǔ)，否則可能會(huì)發(fā)生數(shù)據(jù)丟失或損壞。

電源保護(hù)策略

在不可靠的電源條件下保護(hù) SSD 免受數(shù)據(jù)丟失的風(fēng)險(xiǎn)，可以采取硬件/固件組合方法的形式。使用電壓檢測(cè)電路，可以立即檢測(cè)到低壓場(chǎng)景，從而觸發(fā)數(shù)據(jù)保護(hù)方案。I/O操作停止，輸入電源被切斷，而存儲(chǔ)在板載電容器中的殘余功率放電，以允許易失性DRAM緩存的內(nèi)容被刷新到非易失性閃存。其中一項(xiàng)技術(shù)是因諾迪斯克的iCell。

解決功率損耗問(wèn)題的另一種方法是消除問(wèn)題的根源。無(wú) DRAM 固態(tài)硬盤從等式中移除了易失性 DRAM 數(shù)據(jù)緩沖器，使斷電保護(hù)更簡(jiǎn)單，因?yàn)殛P(guān)鍵數(shù)據(jù)永遠(yuǎn)不會(huì)存儲(chǔ)在易失性 DRAM 中。出于寫入優(yōu)化目的，應(yīng)改用較小的 SRAM 緩沖器。通過(guò)使用小容量的快速（盡管更昂貴）SRAM，該設(shè)計(jì)可以在意外斷電時(shí)快速刷新到閃存。

最佳級(jí)工業(yè) SSD 可以采用組合的固件和硬件電源保護(hù)方法，也可以采用更簡(jiǎn)單的無(wú) DRAM 設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)閃存數(shù)據(jù)完整性的電源保護(hù)。這兩種選擇都有自己的優(yōu)勢(shì)，決定歸結(jié)為成本和性能，無(wú)DRAM SSD提供價(jià)格優(yōu)勢(shì)，而使用DRAM的電源保護(hù)SSD提供性能和電源保護(hù)的平衡。

審核編輯：郭婷