天碩G55 Pro M.2 NVMe工業(yè)級(jí)SSD以自研PCIe Gen3x4主控+100%純國(guó)產(chǎn)元器件實(shí)現(xiàn)了3600MB/s高速讀取，-55℃~85℃的超寬溫域穩(wěn)定運(yùn)行；以硬件級(jí)PLP掉電與固件協(xié)同保護(hù)全盤(pán)，支持智能軟銷(xiāo)毀功能。天碩(TOPSSD)工業(yè)級(jí)固態(tài)硬盤(pán)滿足工業(yè)級(jí)抗振耐沖擊標(biāo)準(zhǔn)，擁有200萬(wàn)小時(shí)+ MTBF高可靠認(rèn)證及GJB2017體系背書(shū)，精準(zhǔn)契合國(guó)產(chǎn)化存儲(chǔ)對(duì)高性能、高可靠、高耐用的嚴(yán)苛需求。

本文將帶你了解固態(tài)硬盤(pán)（SSD）主控芯片的主要內(nèi)部管理功能。

在固態(tài)硬盤(pán)的內(nèi)部運(yùn)作中，主控芯片不僅負(fù)責(zé)在緩存與外部接口之間協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)的傳輸流動(dòng)，還承擔(dān)著至關(guān)重要的內(nèi)部管理功能：磨損均衡、垃圾回收、壞塊管理和數(shù)據(jù)糾錯(cuò)等，來(lái)保障閃存芯片健康工作、提升硬盤(pán)可靠性和使用壽命。

1.磨損均衡

NAND閃存固有的物理特性決定了其每個(gè)浮柵晶體管的可擦寫(xiě)次數(shù)存在上限。每次執(zhí)行數(shù)據(jù)的擦寫(xiě)操作，施加在存儲(chǔ)單元上的電場(chǎng)都會(huì)不可避免地?fù)p耗其內(nèi)部的隧穿層。隨著這層絕緣物質(zhì)會(huì)逐漸變薄，最終可能導(dǎo)致晶體管失效，完全失去存儲(chǔ)能力。

為了最大限度地利用整顆閃存芯片的總擦寫(xiě)壽命，主控芯片會(huì)執(zhí)行磨損均衡策略。這一機(jī)制的本質(zhì)是將數(shù)據(jù)的寫(xiě)入和擦除請(qǐng)求，智能地、均勻地分配到閃存的各個(gè)物理區(qū)塊（Block）上，確保所有區(qū)塊的磨損程度趨于一致。

2.垃圾回收

由于 NAND 閃存只能以“頁(yè)”為單位寫(xiě)入、以“塊”為單位擦除，導(dǎo)致即便用戶只修改了少量數(shù)據(jù)，也可能引發(fā)整塊數(shù)據(jù)的重寫(xiě)。這意味著在修改數(shù)據(jù)之前，必須先讀取整個(gè)塊、修改其中的數(shù)據(jù)、擦除原塊、再重新寫(xiě)入。這個(gè)過(guò)程叫寫(xiě)放大（Write Amplification）。

主控芯片通過(guò)引入垃圾回收機(jī)制來(lái)緩解這一問(wèn)題。當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到某一區(qū)塊中的有效數(shù)據(jù)比例下降，就會(huì)主動(dòng)將該區(qū)塊中仍然有效的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移至其他空閑區(qū)塊，再對(duì)原區(qū)塊執(zhí)行擦除操作，使其恢復(fù)為可寫(xiě)狀態(tài)。

3.壞塊管理

閃存單元有時(shí)會(huì)在使用過(guò)程中發(fā)生不可逆的損壞，形成壞塊（Bad Block）。壞塊內(nèi)的數(shù)據(jù)無(wú)法被正確讀取或?qū)懭?，若放任不管，將直接?dǎo)致數(shù)據(jù)丟失或錯(cuò)誤。

因此，主控芯片的另一項(xiàng)關(guān)鍵職責(zé)就是壞塊管理：

識(shí)別標(biāo)記： 主動(dòng)監(jiān)測(cè)并標(biāo)記出發(fā)生損壞的壞塊。

安全轉(zhuǎn)移： 迅速將壞塊中存儲(chǔ)的有效數(shù)據(jù)搬遷至其他健康的區(qū)塊。

主動(dòng)規(guī)避： 在后續(xù)的寫(xiě)入和擦除操作中，避開(kāi)已被標(biāo)記的壞塊位置。

冗余替換： 在必要時(shí)啟用出廠預(yù)置的備用區(qū)塊資源，直接替換掉壞塊。

4.數(shù)據(jù)糾錯(cuò)

與機(jī)械硬盤(pán)相比，NAND 閃存更容易在讀取過(guò)程中出現(xiàn)位翻轉(zhuǎn)（bit flip）或偶發(fā)性錯(cuò)誤。這就需要主控芯片通過(guò)糾錯(cuò)碼（ECC）來(lái)確保數(shù)據(jù)安全和可靠性：在每次數(shù)據(jù)寫(xiě)入時(shí)，主控芯片會(huì)對(duì)原始數(shù)據(jù)生成特定的糾錯(cuò)碼，并將其一并寫(xiě)入 NAND。當(dāng)再次讀取該數(shù)據(jù)時(shí)，主控芯片利用糾錯(cuò)碼比對(duì)讀取結(jié)果，自動(dòng)修正少量錯(cuò)誤位。

綜上所述，SSD的核心在于利用浮柵晶體管捕獲電子實(shí)現(xiàn)斷電存儲(chǔ)；其特有的擦除后寫(xiě)入機(jī)制和塊擦除粒度等決定了需要復(fù)雜的管理策略。主控芯片支撐了整個(gè)SSD管理體系的高效運(yùn)行，其算法的優(yōu)劣對(duì)SSD的性能、壽命和穩(wěn)定性至關(guān)重要。

天碩(TOPSSD)堅(jiān)定自主創(chuàng)新戰(zhàn)略，其產(chǎn)品搭載自主研發(fā)的主控芯片。通過(guò)擁有“大腦”的核心話語(yǔ)權(quán)，天碩SSD精準(zhǔn)驅(qū)動(dòng)每一顆閃存顆粒發(fā)揮極致效能，確保用戶能獲得穩(wěn)定、高速、可靠、持久的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)體驗(yàn)。

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天碩秉承“中國(guó)芯，存未來(lái)”的品牌理念，以構(gòu)筑自主可控、安全可靠的存儲(chǔ)基石為己任，致力于充分滿足高性能工業(yè)級(jí)算力引擎的嚴(yán)苛需求。其提供豐富的產(chǎn)品形態(tài)組合，包括2.5”SATA、mSATA、M.2 SATA 2280、M.2 NVMe 2242、M.2 NVMe 2280、U.2、XMC、BGA SSD及各類加固型工業(yè)固態(tài)硬盤(pán)。產(chǎn)品采用長(zhǎng)江存儲(chǔ)閃存顆粒、長(zhǎng)鑫DDR等國(guó)產(chǎn)核心元器件，全面適配飛騰、龍芯等國(guó)產(chǎn)自主芯片平臺(tái)。更多信息，詳見(jiàn)TOPSSD官方網(wǎng)站。