固態硬盤及其主控的低功耗設計方法研究

李 煒

（中電?？导瘓F有限公司研究院，浙江 杭州 311121）

0 引言

隨著大數據和云計算的發展，海量的數據需要進行存儲。另一方面，隨著新型存儲介質技術的發展，NAND閃存（NAND FLASH）工藝的進步和良率的不斷提升，QLC等先進閃存的不斷產品化，固態硬盤（Solid State Disk，下文中簡稱SSD）的成本已經下降至接近企業級機械硬盤 （Hard Disk Drive）的水平。SSD在服務器、數據中心、存儲系統以及日常消費電子產品中的應用越來越廣泛。

SSD有兩種典型應用場景，即消費級應用和企業級應用。在消費級應用領域，SSD主要是以卡、便攜式移動硬盤以及筆記本電腦、手機移動存儲的形式出現，比如在蘋果手機中，已經內嵌了BGA封裝的NVMe SSD。在企業級應用領域，SSD主要是以PCIe接口的板卡、SAS/SATA企業存儲盤的形式出現，接口形態一般是U.2、EDSFF等。

SSD的功耗指標，直接影響到產品競爭力。在筆記本及手機等便攜式移動設備中，SSD過高的功耗會造成待機時間縮短，從而影響用戶體驗。在企業應用中，由于企業級SSD大多運用在數據中心，一個數據中心里會有成千上萬的服務器，每個服務器機柜里都會有幾十塊乃至上百塊固態硬盤，SSD過高的功耗會造成數據中心整體發熱量增大、耗電量上升和企業用戶整體擁有成本 （Total Cost of Ownership，TCO）增加，也會造成服務器的散熱設計難度增大；同時，高溫環境會嚴重影響NAND FLASH介質的壽命，從而減少SSD的壽命，影響整個數據中心的穩定性。

1 固態硬盤的功耗分析

如圖1所示，主流的固態硬盤由下面幾個主要部件組成。

（1）固態硬盤控制器芯片（SoC）

控制器芯片作為SSD的大腦，控制著數據和命令的傳輸流程?！?br>