憶恒創源(Memblaze)自成立以來專注于企業級SSD產品及技術創新,及時抓住了市場的先機,較早進入知名品牌的供應鏈,從而樹立了良好品牌形象,搶占了高起點客戶資源的競爭先機。多年來,憶恒創源(Memblaze)積極進行科技創新,不斷加大研發投入力度,新型科技成果不斷涌現。公開資料顯示,憶恒創源(Memblaze)已獲得發明專利64項,實用新型專利27項,計算機軟件著作權51項。
隨著技術的發展,如何充分發揮NAND性能,是打造高性能、大容量企業級SSD的重要課題。憶恒創源(Memblaze)硬件開發高級總監倪勇在長江存儲2022晶棧Xtacking線上沙龍企業級專場中,就NAND信號速率的提升和完整性方面的挑戰,發表了主題演講。
目前規模化量產的產品中,NAND接口速率可以做到1200MB/s左右,搭配8通道控制器剛好能夠滿足PCIe4.0SSD的前端帶寬要求。而在下一代企業級SSD產品設計中,PCIe將升級至5.0,帶寬翻倍,屆時,NAND是否能夠跑滿2400MB/s的I/O速率,這將是SSD設計時需要重點考慮的問題。
通常來說,在SSD的設計方案中,影響NAND接口速率的因素有以下幾點:
NAND封裝技術對信號速率的影響
按照堆疊技術的不同,Die外圍電路的設計主要有三種方式:CNA、CUA和CBA,其中,CNA存儲單元與外圍電路水平布局,技術成熟,簡單易用。CUA、CBA存儲單元與外圍電路垂直立體布局,其制造工藝雖然更加復雜,但成品Die的面積更小,成本更低,由于外圍電路與存儲單元更近更直接,使得NAND可以實現更高的接口速率。
值得一提的是,長江存儲的Xtacking架構,同樣也是采用了外圍電路與存儲單元的垂直布局方式,其優勢在于外圍電路和存儲單元晶圓可分開加工,通過晶圓鍵合技術將他們聯接在一起,具有更高的技術難度和技術領先性。
以BGA132封裝,包含2顆Die的NAND為例,通常NAND封裝對外會暴露兩組總線,即每個Die分別對應一組總線,分別是Bus0和Bus1,Die的堆疊方式按照其形狀不同,也會分為兩種。由于BGA132封裝的外部信號總線分布位置是固定的,兩種不同的Die堆疊方式在封裝基板的設計上,會存在不同的布線長度。
SSD從采用DDR接口開始,信號完整性的仿真就已經是標準配置,尤其是在Gbps以上的信號速率,沒有仿真寸步難行。所以信號完整性仿真是必須要覆蓋的設計項目,用以確定前期的拓撲方案,驅動和端接選擇。
仿真之后需要進行測試,由于測試本身存在局限性,如測試點的位置確定,測試覆蓋率等,使得測試無法成為系統信號完整性的直接證明。所以需要通過仿真與測試的Co-relation對比,來驗證仿真結果與最終實現的一致性,從而確定最終的仿真模型,并在此基礎上進行整板全信號仿真,以覆蓋所有的信號。
除了信號之外,需要重視電源完整性對信號完整性的影響,濾波電路的選取,電源的設計與測量結果,也是影響信號質量的直接因素。
SSD系統軟件配置
最后,我們還總結出了一些常用的,可以進一步調優信號完整性,評估信號可靠度裕量的手段:
充分利用NAND的feature,來優化信號質量,比如ZQCalibration,VrefTraining等。
通過NAND的TX/RXtraining來優化信號窗口。
多樣本下的讀寫操作,通過LDPC糾錯率,ReadRetry次數等,可以判斷系統傳輸上的NAND信號質量。
針對NAND接口進行EST測試,可以進一步評估系統的可靠性裕量。
以上是憶恒創源(Memblaze)在長江存儲2022晶棧Xtacking線上沙龍企業級專場,針對NAND接口速率對高性能SSD硬件設計帶來的挑戰與應對的一些總結。
憶恒創源(Memblaze)深刻洞察行業市場和客戶需求,技術創新能力不斷增強,已通過自主研發掌握了多項核心技術,在保持增長的同時,積極調整優化內部結構,持續提升服務水平,為行業高質量發展貢獻力量,成為行業的標桿典范。