固態(tài)硬盤(SSD)因電源故障而引起的數(shù)據(jù)丟失的風(fēng)險可以通過多種方式實現(xiàn)最小化。例如，Swissbit公司最近推出了采用最先進技術(shù)的2.5英寸的SATA 6Gb / s SSD固態(tài)硬盤，具有三個相互關(guān)聯(lián)的保護等級。
但首先考慮各種情況。當控制的SSD關(guān)閉發(fā)生時，ATA“待機立即”命令會提示控制器，從而使其能夠?qū)⒕彌_區(qū)中的所有數(shù)據(jù)寫入非易失性NAND單元。在突然電壓下降的情況下，如果主機無法將“立即待機”命令發(fā)送到控制器，則所有未寫入的信息將會丟失，導(dǎo)致文件損壞。因此，第一個保護等級必須取代主機缺少的“預(yù)警”。
1級：壓降檢測
通過監(jiān)測工作電壓，SSD硬盤控制器可以檢測發(fā)生電源故障時的電壓降。控制器的固件可以根據(jù)各種閾值觸發(fā)兩種措施：關(guān)閉所有操作并發(fā)出閃寫保護(FWP)信號。如果達到第一個閾值，則禁用與主機的通信，但是將數(shù)據(jù)寫入SSD的過程將繼續(xù)進行。如果達到第二個閾值，則禁止寫入，以防止由于部分閃存編程而導(dǎo)致保存的數(shù)據(jù)損壞。
SSD硬盤通常需要三毫秒以上才能完成寫入過程。對于5V器件，SSD硬盤的所有命令都將在4V電壓進行阻塞，閃寫保護(FWP)信號以2.4V發(fā)送。對于3.3V的器件，電壓降的閾值為2.8V和2.4V。電壓下降的速度取決于主機，并且可能或可能不足夠慢，以允許“有序退出”。如果沒有足夠的時間，這通常在3.3V器件中出現(xiàn)，因為它們的閾值與另一個器件有輕微不同，當設(shè)備重新啟動時，固件機制啟動將部分編程的扇區(qū)重置為先前的值。盡管在這種情況下數(shù)據(jù)仍然丟失，但是避免了由中斷的寫入過程引起的數(shù)據(jù)損壞。
2級：電壓裕量
第二個失效機制與電壓降有關(guān)。通常，主機電壓和閃存電壓曲線彼此平行。這里的任務(wù)是獲得足夠的時間來使SSD電壓降曲線變得平坦。解決方案是將電容器集成到SSD硬盤電源中。在檢測到第一個閾值時，控制器禁用主機操作，并同時電容器放電以提供足夠的電力來完成寫入過程。高端服務(wù)器SSD硬盤和工業(yè)SSD硬盤(如Swissbit X-60和X-600系列)可提供此類電源故障保護功能。
SSD PCB上的電容器組：電容器彼此排成一列，并準備提供電能(沿右邊緣)。
3級：完整的數(shù)據(jù)備份
高端SSD硬盤使用DRAM內(nèi)存來提高性能并降低寫入放大系數(shù)(WAF)。上述斷電機制的電平使DRAM內(nèi)存數(shù)據(jù)無保護。如果在電源故障期間，這種數(shù)據(jù)需要可靠地寫入閃速存儲器(稱為數(shù)據(jù)硬化的機制)，則需要更復(fù)雜的電路和更大的電容器的電能儲備。
生產(chǎn)制造商首先必須確定采用哪些電容器最合適。如果電力儲存能力是唯一的考慮因素，超級電容器當然是最好的解決方案，因為它們可以儲存足夠的電能，并在發(fā)生電壓降時提供電能。因此，它們被廣泛用于IT應(yīng)用。但是，對于服務(wù)于工業(yè)應(yīng)用或數(shù)據(jù)中心受控條件之外的其他嚴格場景的SSD硬盤，也有在電容器提供電力容量之外的其他因素發(fā)揮作用。
因為超級電容器是“濕的”，也就是說，電容器它們含有液體電解質(zhì)，并且當受到高溫和高壓尖峰時會膨脹，它們不僅可以破壞自身，而且可以破壞鄰近的部件。作為回應(yīng)，以下兩種設(shè)計方法是有幫助的。首先，SSD硬盤可以通過并聯(lián)連接的電容器組而不是使用超級電容器為DRAM內(nèi)存數(shù)據(jù)加固提供備用電源。該解決方案符合“N + 1”冗余的原則，在電源故障的情況下提供了足夠的裕量。第二，含有干電解質(zhì)的聚合物鉭電容器提供了一個出色耐用的模塊，可承受-55°C至+ 105°C的溫度。
在電壓下降的情況下，這個電源管理器芯片切換到電容器，并產(chǎn)生一個易失性數(shù)據(jù)“硬化”命令。
斷電電路
高耐用的電容器組可以集成到一個特殊的電源故障電路中，其電源管理器芯片控制電源。在正常工作條件下，該芯片接收主機產(chǎn)生的電源，為SSD硬盤供電，同時為電容器組充電至較高的電壓。如果檢測到電壓下降，則電源管理器芯片將電源從主機切換到電容器。同時，它會產(chǎn)生觸發(fā)控制器數(shù)據(jù)硬化順序的停電信號。在SSD寫入過程完成后，產(chǎn)生“硬化完成”信號，以便控制固態(tài)電壓源的關(guān)斷。
結(jié)論
除了高端工業(yè)SSD硬盤在電源故障情況下提供的最先進的數(shù)據(jù)丟失保護機制之外，這些設(shè)備還提供了與服務(wù)器甚至消費級SSD相區(qū)分的其他功能。這些功能包括更堅固的外殼和高品質(zhì)的觸點。嵌入式應(yīng)用的存儲解決方案的另一個重要特性就是它們的長壽命。這一特性不僅意味著SSD硬盤具有長期的可用性或可交付性，而且從技術(shù)角度來看，這是一項偉大的投資保護，同時也提高了耐用性。這個特點是由于采取了防止過早老化的許多措施，如較低的寫入放大系數(shù)(WAF)和過度配置。
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