存儲器基礎入門

1、泰瑞達機臺

      Magnum VU本身作爲一個靈活,集合式的測試平臺,可以支持所有NAND以及MCP(MCP (Multiple Chip Package) 存儲器,MCP是在一個塑料封裝外殼內,垂直堆疊大小不同的各類存儲器或非存儲器芯片,是一種一級單封裝的混合技術,用此方法節約小巧印刷電路板PCB空間。本質就是積木式)類產品的測試。不僅僅可以支持最前沿的符合UFS3.0, uMCP和PCIe Gen4協議的移動/車載產品,同時也支持遵循ONFI和Toggle協議的SSD NAND。當然, 傳統NAND相關的產品,包括 UFS 2.1, PCIe Gen3,e.MMC和eMCP也同樣在支持列表當中。Magnum VU最大配置可以支持768顆被測產品同時測試,且支持每顆被測產品均工作在雙鏈路16Gbps的條件下。使得平臺能在配置不變的前提下,擁有更好的信號收/發性能,同時能支持所有的測試協議。

 

2、存儲器術語

2.1 機械和固態

機械硬盤是磁頭讀取轉動的磁碟,順序讀寫;

固態硬盤是主控讀寫nandflash,按位讀寫。

ROM的發展歷程:

2.2 nand 

nand flash的表現形式爲人熟知的就是U盤和SSD。

 

NVMe:NVM Express(NVMe),或稱非易失性內存主機控制器接口規範(Non-Volatile Memory express),是一個邏輯設備接口規範。他是與AHCI類似的、基於設備邏輯接口的總線傳輸協議規範(相當於通訊協議中的應用層),用於訪問通過PCI-Express(PCIe)總線附加的非易失性內存介質,雖然理論上不一定要求 PCIe 總線協議。

SSD(固態硬盤)最爲主流的傳輸協議有兩種。一種是AHCI協議,另一種是NVMe協議。一般來說,基於NVMe協議的SSD在讀寫性能上都遠遠超過了SATA接口極限的6Gbps。比如三星 960PRO NVME SSD就是採用NVMe協議,有着非常高的速度性能。

目前支持NVMe協議的SSD在接口類型上,也幾乎都是M.2接口,走PCIe通道的,也就是說所有基於SATA接口的SSD都無法支持NVMe協議傳輸協議,無法享受全新協議帶來的極限性能。

 

PATA:Parallel Advanced Technology Attachment

IDE:Integrated Drive Electronics

AHCI:Serial ATA Advanced Host Controller Interface

SATA:Serial Advanced Technology Attachment即爲Serial ATA

SCSI:Small Computer System Interface

SAS:Serial Attached SCSI

SSD:Solid State Disk或Solid State Drive

FC:光纖通道的英文拼寫是Fibre Channel,和SCIS接口一樣光纖通道最初也不是爲硬盤設計開發的接口技術,是專門爲網絡系統設計的,但隨着存儲系統對速度的需求,才逐漸應用到硬盤系統中。光纖通道硬盤是爲提高多硬盤存儲系統的速度和靈活性纔開發的,它的出現大大提高了多硬盤系統的通信速度。它以點對點(或是交換)的配置方式在系統之間採用了光纜連接。即, 硬盤本身是不具備FC接口的, 插硬盤的機櫃上帶有FC接口, 通過光纖與光纖交換機互聯.

 

傳輸總線(物理層協議,大部分還包括了鏈路層和傳輸層協議):PCIE SATA (P)ATA SCSI SAS ,民用領域從ATA到SATA,服務器領域從SCSI到SAS。SAS可以兼容SATA。傳輸總線相當於道路類型,如普通公路、高速公路、火車軌道、高鐵軌道、航空線路,直接決定了物理上的傳輸上限,不同總線物理接口不同。

應用層協議:交通工具。IDE  AHCI   SATA  NVMe 。一般來說交通工具是和道路類型綁定的,如火車就只能走軌道,而不能走公路,但是一種道路類型可以走不同的交通工具,如公路既可以走貨車,也可以走小汽車,小汽車比貨車跑的快 ,同理,ATA總線可以跑IDE協議,也可以跑ACHI協議,AHCI協議比IDE協議快。

PC端:IDE和AHCI跑在PATA上,SATA跑在SATA上。服務器端:SCSI和SAS跑在SCSI上。  都是機械式硬盤。

SSD:PC端和服務器端都可以使用,傳輸總線是PCIE,應用層協議是NVMe。

                            SSD通信協議

2.3 mobile nand

       mobile nand在移動端使用的nand flash。典型的有emmc,ufs。

       eMCP是結合eMMC和MCP封裝而成的智慧型手機記憶體標準,與傳統的MCP相較之下,eMCP因爲有內建的NAND Flash控制晶片,可以減少主晶片運算的負擔,並且管理更大容量的快閃記憶體。以外型設計來看,不論是eMCP或是eMMC內嵌式記憶體設計概念,都是爲了讓智慧型手機的外型厚度更薄,機殼密閉度更完整。

       uMCP即基於UFS的多芯片包(uMCP)利用了超快通用閃存(UFS)2.1控制器,爲細長設計提供了大的性能和功率節省。結合了LPDRAM、NAND和車載控制器的微米uMCP,比雙芯片移動解決方案(PoP+離散NAND)使用少40%的空間,減少了內存佔用,並支持更靈活的系統設計。我們的MCP使用先進的封裝技術,將移動DRAM堆疊在管理的NAND之上,這允許適合較小的智能手機設計的高密度、低功耗存儲解決方案。

 

ufs2.1性能是emmc5.1的三倍差不多,就是說ufs很強,但這不是說emmc弱,目前仍有筆記本使用emmc的存儲。

emmc5.0速度320MB/s
emmc5.1速度500MB/s
ufs2.0 hs-g2 速度 720MB/s,理論上達到5.8Gbps,
ufs2.1 hs-g3 速度 1.45GB/s,理論上達到11.6Gbps,
ufs3.0 速度2.9GB/s,理論上達到23.3Gbps

2.4 nand和mnand區別 

從物理存儲介質上來說,nand和mnand是一樣的,都是nand flash,按位讀寫,用到PC和手機上就變成了SSD和ROM,根據使用場景不同,SSD比ROM容量大。最重要的區別就是對存儲單元的管理上,即存儲控制器和通信協議。

手機上再從eMMC到UFS的轉型,eMMC和UFS是協議棧,定義了控制器從底層物理接口到應用層的全部內容。

PC上就是 PCIE+NVMe。

手機上的nand顆粒還有SLC、MLC和TLC之分。

2.5 UFS vs  NVMe

UFS和NVMe都可以看作是應用層的協議,從iPhone 6s開始,蘋果在手機閃存上引入了NVMe協議(NVMe本來是用在SSD上的)。UFS常見於Android陣營的高端旗艦機型中,有UFS 2.0 HS-G3和UFS 3.0 HS-G3兩種。

速度比較:

     UFS採用兩條lane,2.1的最大帶寬爲11.6Gbps,約爲1200MB/s;NVMe鏈路層採用PCIe,目前PCIe是3.0,一般採用4條lane,帶寬4000MB/s,就算2個lane,也是2000MB/s,>1200MB/s。UFS3.0可以達到2400MB/s,PCIe 4.0 4 lane,8000MB/s。

命令集比較:

UFS採用UCS命令集,它是SCSI命令的一個子集。NVMe採用爲NAND flash量身定製的精簡ATA命令集,大大減少命令的複雜度,恐怖的命令隊列數目和深度又保證了4K小文件的迅速讀寫。兩者相比UFS命令集和理論處理能力上又大大落於下風。

 

爲了控制成本,Android不用NVMe。emmmmm。

 

參考鏈接:http://www.teradyne.cn/products/test-solutions/semiconductor-test/magnum-vu

https://blog.csdn.net/carlsun80/article/details/78658581

https://www.jdbbs.com/thread-8531406-1-1.html

http://www.ssdfans.com/blog/2018/05/17/onfi與toggle協議之爭/(三星東芝一夥過)

http://www.starjade.cn/jishu/jiejue/gutai/2018-03-30/111.html

https://www.cnblogs.com/Christal-R/p/7267857.html

https://www.cnblogs.com/awpatp/archive/2013/01/29/2881431.html

http://www.elecfans.com/d/874199.html

http://mini.eastday.com/bdmip/171224224412350.html#

http://www.sohu.com/a/196510603_616364

https://www.cnblogs.com/jinanxiaolaohu/p/10037725.html

https://forum.huawei.com/enterprise/zh/forum.php?mod=viewthread&tid=352721

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