Технология изготовления твердотелых накопителей - SSD (Solid State Drive)

1. Технология изготовления трёрдотельных накопителей

Технология
изготовления
трёрдотельн
ых
накопителей
Студент гр.13337/1
Снисаренко Михаил
2019

2. Что такое твердотельный накопитель?

На замену магнитным жёстким дискам приходят твёрдотельные
накопители, сокращённо – SSD (Solid State Drive). И хоть в
сокращении упоминается слово drive – "диск", новые устройства
хранения информации трудно назвать дисками, так как в них нет
ничего напоминающего диск.

3. Преимущества SSD перед HDD

Их быстродействие куда выше, чем у HDD
Отсутствие движущихся частей и деталей
Малый вес
Расходуют меньше энергии

4. Устройство SSD-диска

Рядовой твёрдотельный накопитель
представляет собой печатную плату с
установленным на ней набором микросхем
как на рисунке 2 и 3 . Этот набор состоит из
микросхемы NAND-контроллера и, собственно,
микросхем NAND-памяти.
Площадь печатной платы твёрдотельного
накопителя используется по-полной.
Большую её часть занимают микросхемы
NAND-памяти

5. Типы памяти в SSD

Для хранения информации в SSD используется NAND-память,
которая состоят из огромного количества полевых
транзисторов (транзисторы с изолированным
полупроводниковым затвором) с плавающим затвором. Их
ещё называют ячейками (памяти). Ячейки объединяются в
страницы по 4 кБайта (409 6 байт), затем в блоки по 1 2 8 страниц,
а далее в массив по 1 0 2 4 блока. Один массив имеет объём 51 2
Мбайт и управляется отдельным контроллером. Такая
многоуровневая модель устройства накопителя наносит
определённые ограничения на его работу. Так, например,
стирать информацию можно только блоками по 51 2 кБайт, а
запись возможна только по 4 кБайт. Всё это приводит к тому,
что записью и чтением информации с микросхем памяти
руководит специальный контроллер.

6.

В USB-флэшках уже давно используется TLC-память, которая
хоть и быстрее "изнашивается", но и стоит гораздо
дешевле. Именно поэтому стоимость USB-флэш и карт
памяти неуклонно снижается.
Несмотря на то, что SSD-диски выпускают различные
компании под своим брендом, NAND-память многие
покупают у небольшого количества её производителей.
Производители NAND-памяти:
Intel/Micron;
Hynix;
Toshiba/SanDisk;
Samsung.

7. Память 3D XPoint и накопители Intel Optane

Память 3 D XPoint и накопители Intel Optane
С относительно недавних пор появились накопители,
которые основаны на новом типе энергонезависимой
памяти 3 D XPoint (читается, как "три ди кросс-поинт"). На
базе 3 D XPoint корпорация Intel выпускает твёрдотельные
накопители под брендом Intel Optane. Разработкой нового
типа памяти занимались две компании Intel и Micron.

8. Контроллеры SSD накопителей

Он обеспечивает обмен данными с шиной
(SATA или PCIe), а также управляет
операциями записи/чтения в ячейки
памяти, контролирует состояние ячеек,
выполняет их обслуживание и прочую
вспомогательную работу. От того, насколько
эффективно он этим занимается, и зависит
быстродействие всего накопителя.

9. Контроллеры SandForce

Один из самых распространённых
контроллеров SandForce – SF2 2 81 .
Данный контроллер поддерживает
интерфейс SATA-3 и встречается в SSDнакопителях Silicon Power, OCZ Vertex 3 , OCZ
Agility 3 , Kingston, Kingmax, Intel (серии Intel
3 3 0 , 52 0 , 3 3 5).

10. Контроллеры Marvell

• Marvell 88SS9 1 7 4. Используется в SSD-дисках
марки Crucial C3 0 0 , M4/C400 , а также Plextor
M5. Данный контроллер зарекомендовал
себя как один из самых недорогих,
надёжных и быстрых.
• Marvell 88SS9 1 87 . Данный контроллер
используется в твёрдотельных
накопителях Plextor серии M5 Pro, M5M, а
также обновлённых M5S. Из новых
особенностей можно отметить DRAMконтроллер с поддержкой до 1 Gb DDR3 .
Также реализована современная система
коррекции ошибок ECC и снижено
энергопотребление

11. Контроллеры LAMD (Hynix)

Компания LAMD (Link A Media
Devices) является
подразделением Hynix.
Контроллеры LM87 80 0 от LAMD
используются в накопителях
Corcair серии Neutron и Neutron
GTX. Сам контроллер LM87 80 0
является восьмиканальным и
поддерживает интерфейс SATA
6Gb/s
Контроллеры LAMD (Hynix)

12. Контроллеры Indilinx

• Everest. Так как компания Indilinx – это дочернее предприятие OCZ, то не удивительно, что
контроллер Everest2 входит в основу таких SSD, как OCZ Vertex 4, OCZ Agility 4. Преимуществом
контроллера Indilinx является высокая производительность записи. Также стоит отметить
хорошую сбалансированность – скорости чтения и записи практически одинаковы.
• Barefoot 2 . Основа контроллера – ядро ARM Cortex-M0. Этот SATA II контроллер имеет
поддержку восьми каналов доступа к памяти типа MLC и SLC. В качестве буферной
памяти может использоваться память LPDDR, а также DDR. Ёмкость твёрдотельного
носителя на базе данного контроллера может достигать 51 2 Гб.
• Barefoot 3 . Новейший чип, выполненный по техпроцессу 65 нм и самостоятельно
разработанный фирмой OCZ. Основа контроллера – ARM ядро и со-процессор Aragon (32 бит, 400 МГц). Благодаря поддержке специальных RISC-команд для работы с
твёрдотельными накопителями, этот контроллер является лидером по быстродействию.
Контроллер Barefoot 3 является восьмиканальным и поддерживает интерфейс SATA 6
Гбит/с. На базе этого контроллера фирма OCZ выпускает линейку SSD-дисков под маркой
OCZ Vector.

13. Контроллеры Samsung

В своих твёрдотельных накопителях Samsung
использует контроллер Samsung MDX. Для
дисков Samsung 840 Pro и Samsung 840
применяется восьмиканальный MDX
контроллер на базе 3 -ёх ядерного чипа ARM
Cortex-R4 (3 0 0 МГц)

14. Микросхема флэш-памяти

Самыми распространенными в настоящее время остаются два типа
микросхем флэш-памяти — NOR и NAND. Запоминающие транзисторы в обоих
типах подключены к разрядным шинам — соответственно параллельно и
последовательно. Первый тип — NOR — имеет относительно большие
размеры ячеек и быстрый произвольный доступ (порядка 7 0 нс), что
позволяет выполнять программы непосредственно из такой памяти.
У второго типа — NAND — меньшие размеры ячеек и быстрый
последовательный доступ со скоростью передачи до 1 6 Мбайт/с, что гораздо
удобнее для построения устройств блочного типа, которые используются для
хранения больших объемов информации.

15. Главная проблема — недолговечность

В силу своего устройства флэш-память допускает ограниченное количество циклов стирания и
записи. Дело в том, что флэш-накопители построены на свойстве полевых транзисторов хранить
электрический заряд в «плавающем» затворе. Наличие или отсутствие заряда в транзисторе
рассматривается как логический ноль или логическая единица в двоичной системе счисления. Для
записи и стирания данных в NAND-памяти используется туннелирование электронов методом
Фаулера — Нордхейма через диэлектрик (FN-туннелирование), что не требует высокого напряжения
и позволяет сделать ячейки минимального размера. Однако именно процесс туннелирования
заряда физически изнашивает эти ячейки, поскольку при помощи электрического тока заставляет
электроны проникать в затвор, проходя сквозь барьеры из диэлектрика. Собственно, срок
хранения информации в такой памяти декларируется достаточно длительный — 10 лет, но
изнашивает микросхему памяти не чтение информации, а процессы стирания и записи, ведь
для чтения через канал просто пропускается электрический ток, не изменяющий его структуры.

16. Как создаются твердотельные накопители?

17. Производство SSD начинается с разработки технологии флэш-памяти.

18.

В отличие от жестких дисков, твердотельные накопители
используют чипы флэш-памяти для хранения триллионов
бит информации. Чипы флэш-памяти изготовлены на
чистых кремниевых пластинах.

19.

Готовые пластины отправляются на сборку для
обработки.

20. Пластины нарезаны на отдельные микросхемы флэш-памяти и собраны на платах. Сплошной золотой провод используется для подключения

каждого чипа к
плате.

21.

После происходит сортировка с
последующей проверкой на
соответствие заявленной
производительности и
маркировкой

22. Твердотельные накопители построены на печатных платах.

23. Микросхемы флэш-памяти и другие компоненты устанавливаются на поверхность печатных плат.

24. Собранные монтажные платы проверяются на функциональность и качество. Готовые платы находятся в корпусах SSD.

25. Специальная прошивка загружается на диски для более эффективного управления данными. Каждый SSD проходит серию тестов, которые

могут длиться до
шестидесяти часов.

26.

Накопители дополнительно протестированы с
различными материнскими платами для
обеспечения широкой совместимости.
Готовые твердотельные накопители
поставляются клиентам по всему миру, от
потребителей до крупных корпоративных
центров обработки данных.

27. Вопросы

Теория:
1.
Что же такое SSD?
2.
Какие преимущества у SSD по сравнению с HDD?
3.
Что используется для хранения информации в SSD?
4.
Для чего нужен контроллер?
5.
В чём главная проблема SSD (флэш-памяти) (развёрнутый ответ)?
Производство:
1.
С чего начинается производство SSD?
2.
Из какого неметалла изготовлены пластины, их которых делают чипы флэш-памяти?
3.
Для чего используется сплошной золотой провод?
4.
На поверхность чего устанавливаются микросхемы флэш-памяти и другие компоненты?
5.
Можно ли сразу отправлять собранный SSD клиенту(развёрнутый ответ)?