03:19:30 - 18.10.2021
08:04:38 - 17.10.2021

Флеш-накопители от компании Phison

15.02.2017
Флеш-накопители от компании Phison
В статье раскрыты особенности и преимущества флеш-памяти NAND и контроллеров на ее базе. Представлены флеш-накопители и встраиваемые модули Phison, оснащенные памятью NAND. Перечислены их разновидности, типы, серии и характеристики.
Компания Phison Electronics Corporation («Файсон») была основана в 2000 году на Тайване и начала свою деятельность с выпуска микросхемы для однокристальных флеш-нако- пителей. Сегодня это мировой лидер рынка контроллеров флеш-памяти типа NAND, применяемых в устрой- ствах памяти с интерфейсами USB, SD, eMMC, PATA, SATA, PCIe и UFS, которые Phison тоже производит. Ежегодно компания отгружает более 600 млн контроллеров и имеет оборот 1,45 млрд долларов США.

На данный момент в компании работает более 2000 специалистов, из которых примерно 70 % заняты в об- ласти разработки и НИОКР. Такой серьезный подход позволил Phison получить более 1900 патентов в раз- ных странах мира, и компания входит в число крупнейших патентодержателей. Также Phison серьезно занимается стандартизацией, являясь одним из основателей группы открытого интерфейса флеш-памяти NAND (ONFI) и участником совета двух ассоциаций: SD Association и UFS Association.
Главный офис и центры НИОКР находятся в городе Мяоли на Тайване, кроме того, Phison имеет дочерние подразделения в Японии и материковом Китае. Учитывая, что продукция компании используется несколькими сотнями ведущих производителей систем хранений информации по всему миру, можно считать Phison одним из наиболее привлекательных и надежных партнеров для сотрудничества в этой области.

Прежде чем перейти к краткому знакомству с продукцией Phison, нужно остановиться на преимуществах флеш-памяти NAND и критической важности контроллеров для работы с ней. Элементом памяти в такой флеш-памяти служит полевой транзистор с изолированным затвором, наличие или отсутствие заряда на котором интерпретируется как 1 или 0 в ячейке памяти. В силу технологических причин в таких транзисторах время стирания предыдущего состояния намного превышает время записи (программирования) и тем более чтения, поэтому уже давно перешли на процедуру группового фонового стирания страниц/блоков, что позво- лило такой памяти быстро работать.
При этом возникает сложная задача учета и контроля страниц флеш-памяти и упреждающего стирания устаревших страниц в фоновом режиме. Ячейки (транзисторы) флеш-памяти можно соединить последовательно, чтобы получить логическую организацию памяти NAND (то есть Not AND, или «НЕ И» по-русски). Еще лучше, когда можно распознавать не только два состояния заряда на затворе (есть или нет), как в SLC (Single-Level Cell), а несколько, как в MLC (Multi-Level Cell – «ячейка с многоуровневым кодированием»), чтобы одна ячейка (транзистор) хранила, например, два разряда с распознаванием четырех уровней заряда на затворе (истори- чески этот вариант называется MLC NAND), три разряда в TLC (Triple- Level) или четыре в QLC (Quad-Level). В многоуровневых ячейках возрастает важность обнаружения и коррекции случайных ошибок (ECC/EDC) на основе дополнительных контрольных разрядов. Обычно применяются простые, но быстрые коды Хемминга либо более сложные алгоритмы на основе кодов Рида – Соломона или BCH. Более того, ячейки можно размещать не в плоскости, а в объеме (3D), а также изменить сами ячейки для повышения ресурса и надежности (eMLC, то есть Enterprise – промышленный класс). Кроме того, логическая организация NAND разительно отличается от привычных интерфейсов доступа к памяти, следовательно, необходимо преобразование интерфейсов. Также применяется так называемое «выравнивание износа», чтобы равномерно распределять операции стирания по блокам памяти NAND и отслеживать выведенные из эксплуатации «плохие» блоки. Все эти немалые и сложные задачи возлагаются на контроллер флеш-памяти NAND, а компания Phison выпускает такие контроллеры для всех вариантов памяти NAND.


Компания Phison производит три категории встраиваемых модулей на базе флеш-памяти:
  • промышленные (автомобили, вооружение, транспорт, промышленная автоматизация) для температур от 0 до 70 °C (или –40…+85 °C) с SLC / MLC / 3D TLC (рис. 1);
  • коммерческие (медицина, автоматизация торговли, сети) с гиб- ким выбором температурного диапазона и памятью MLC / 3D TLC;
  • бытовые (ПК, ноутбуки, гадже- ты) для температур от 0 до 70 °C с TLC.
Уникальные особенности модулей обеспечиваются за счет использования печатных плат промышленного класса по IPC Class 2 с тепловой стойкостью по стандарту UL-94, жестких критериев для отбраковки по плохим блокам в NAND, стойкости к вибрации, на- личия датчика температуры (пропуск тактов для снижения температуры) и ограничителя тока при аномальном силовом питании с автоматическим перезапуском. Собственная технология Smart Flush предотвращает потерю данных в буферной оперативной памяти DRAM при случайном отключении питания, а опциональная ап- паратная цепь для этого – HWPLP – с танталовым конденсатором гаранти- рует перезапись в NAND. Предлагаются две серии встраиваемых твердотельных (полупроводниковых) накопителей (дисков) SSD (интерфейсы PCIe и SATA): ISC (без DRAM с низким энергопотреблением, экономичные) и IPG (с DDR4 для высоких скоростей обмена и минимальной потери кадров, с HWPLP и средствами шифрования TCG OPAL).
Встраиваемые накопители USB компания Phison выпускает трех типов:
  • бескорпусные флеш-модули USB (UFM, USB Flash Module),
  • флеш-накопители USB в прочном корпусе 
  • малогабаритные microUSB (SORPro).
Встраиваемые карты памяти SD выпускаются с интерфейсом 6.X/ UHS-I и в двух формфакторах: microSD и SD. Схема управления построена на контроллере PS8210, имеющем два канала, коррекцию ошибок BCH, емкость для SLC от 128 МБ до 32 ГБ или от 4 до 128 ГБ для MLC, и обеспечивает хорошую скорость на уровне 65/55 МБ/с для SLC и 95/90 МБ/с для MLC.
Существует версия, построенная на контроллере PS8131, которая имеет уже один канал, коррекцию ошибок SECC, емкость от 16 до 256 ГБ для флеш-памяти типа 3D TLC или от 4 до 64 ГБ для pSLC в 3D TLС. При этом обеспечивается скорость до 95/85 МБ/с на операциях «чтение – запись». Встраиваемые мультимедийные карты памяти eMMC (рис. 2) от Phison отличаются компактностью и прочностью конструкции, поскольку специально проектировались для применения в транспортных средствах. Они соответствуют стандартам JEDEC eMMC 4.5/5.0/5.1 и имеют корпус BGA (Ball Grid Array – «массив сетки шариковых выводов») с 100/153 выводами для стойкости к вибрации. Страничная прошивка контроллера снижает задержки в работе и повышает срок службы флеш-памяти. Емкость – до 256 ГБ. Обеспечивается расширенный диапазон рабочих температур: от –40 до 85/105 °C. В этом году планируется сертификация для транспортных средств по Automotive AEC Grade 2/3.
Встраиваемые накопители SSD также выпускаются в корпусах BGA (рис. 2), которые в терминологии Phison называются μSSD. Емкость – до 256 ГБ с интерфейсом SATA и до 512 ГБ с более скоростным интерфейсом PCIe и поддержкой расширенного температурного диапазона. Все они соответствуют спецификациям IATF 16949 и JEDEC/JESD-22. В заключение обзора продукции компании Phison нужно дополнительно сказать о планах по выпуску в третьем квартале 2020 года новых накопителей SSD для корпоративного рынка. Компания Phison подразделяет их по способу эксплуатации на устройства с интенсивным чтением (мало операций записи) и со смешанной нагрузкой (баланс между операциями чтения и записи). В первом случае для интерфейса PCIe предназначены контроллеры PRE101 и PRE050, а для SATA – SRE100 и SRE120. Предполагаемые области применения: файловый сервер, веб-услуги, потоковые медийные данные, видео по запросу, загрузка и операционные системы. Гарантируется долговечность 5 лет при условии записи на диск меньше 1 ТБ в день (этот параметр называется DWPD). К контроллерам для смешанной нагрузки относятся PME101 (PCIe), а также SME100 и SME110 с внешним интерфейсом SATA. Для них долговечность 5 лет гарантируется при DWPD от 1 до 3 ТБ. Такие контроллеры предназначены для серверов SQL, виртуализации, электронной коммерции, почты и обмена сообщениями.

В нашей стране продукцию этого производителя представляет офици- альный дистрибьютор Phison на территории России компания ГАММА. Чтобы получить дополнительную информацию, достаточно обратиться в ее ближайший офис или зайти на сайт: www.icgamma.ru.

Компания ГАММА, г. Выборг, Ленинградская обл.,
тел.: +7 (812) 320‑4053,
e‑mail: info@icgamma.ru,
сайт: www.icgamma.ru

Вернуться к списку