智慧電源保護(IPS) & 電源保護(PS)

簡介

固態硬碟(Solid State Drive; SSD)運作時,資料會先被暫存於DRAM的快取記憶體內,目的是為了利用DRAM快速反應時間的優勢藉以提升SSD的效能。由於DRAM快取記憶體為揮發性記憶體,需要外部電源來保留並寫入資料。

在正常的電源關閉過程中,指令會從主機(Host)端發送到SSD控制器告知電源很快即將中斷,SSD控制器會送回確認資訊給主機,然後再將暫存於DRAM快取的資料存入Flash內。

然而,當主機電源無預警中斷時,在沒有電源及沒有事先通知的情況下,正在傳輸中的資料無法被保存也不會傳輸到Flash內。在此情況下,儲存在SSD的資料無法被正確更新,這將導致資料不兼容的問題、資料損毀、甚至造成整個設備故障。

斷電時的資料風險

一旦發生未預期的斷電狀況,資料可能於下圖中任何階段遺失。

創見的智慧電源保護(Intelligent Power Shield; IPS)專利設計就是用來降低資料損毀的風險以及確保資料的完整性。

什麼是智慧電源保護?

智慧電源保護(IPS)是一項專為具有DRAM 的SSD量身訂作的技術,主機突然斷電時,它能將電壓維持在5V以確保資料傳輸的完整性。透過增加電容數量,IPS可以延長時間讓資料完成傳輸。當電源重新被打開後,電容會扮演蓄電電池的角色透過電腦來充電。若電源意外中斷,這些充好電的電容會持續供電給SSD,讓資料可以完整的被寫入。

IPS 如何運作?

SSD搭載了電壓偵測器用以持續監控主機的電壓電位。萬一電壓突然流失,從5V下降到4V時,電壓偵測器會觸動IPS系統。在這個狀態下,IPS 會確保資料訊息完整地儲存在記憶體內,內建的電容會持續提供足夠的電力讓資料從DRAM快取中儲存到Flash內。當電壓低於2.3V時,Flash會進入寫入保護模式,屆時資料將再也無法被寫入記憶體。

有/無搭載IPS的不正常斷電情形

透過延長瞬間斷電與SSD進入寫入保護模式兩者間隔的時間,IPS可以讓更多暫存於DRAM快取的資料寫入Flash內。

有搭載IPS的SSD,在電壓降至2.3V寫入保護模式之前,會有至少75毫秒的時間讓資料寫入Flash內。無搭載IPS的SSD僅有2毫秒的寫入時間。

什麼是電源保護(Power Shield; PS)? 和IPS有何不同?

電源保護(PS)是預設即有的電源保護功能,創見全系列工業用SSD皆支援此一機制。外部電壓從5V下降到4V、或從3.3V下降到2.7V時,控制器內部的電壓檢測電路(VDT)會自動啟動電源保護功能,讓SSD控制器停止接收新指令的寫入,以此避免快閃記憶體內部韌體及資料受損。與智慧電源保護功能不同的是,電源保護功能並不會製造緩衝時間來讓快閃記憶體完成更多寫入。

創見IPS的優勢

創見取得了IPS的獨家專利。且為求更高的效能表現,創見也選用更優質的零件,如:利用先進的電壓偵測器來啟動IPS。除此之外,創見使用鉭質電容─高電荷負載及精巧尺寸的電容,讓SSD能夠在較嚴苛的環境下運作更加穩定。

相較之下,作為初階功能的PS儘管並不需要添加額外的電容,仍然可以簡單地監控SSD的供電變化。意外斷電時,電壓會下降,此時SSD的電壓監測器會令控制器停止寫入資料,確保記憶體內部資料相對完整。

  IPS PS
硬體 透過內建的電壓偵測器(VDT)以及附加的鉭質電容(Polymer Tantalum Capacitor; PTC), 在電壓從4V降到2.3V前,IPS提供了更多的時間讓資料從DRAM寫入Flash內。 當外部電壓降至特定電壓時,控制器內部的電壓檢測電路VDT會啟動PS功能,停止接收新的寫入Flash指令。
韌體 IPS一旦被啟動後,韌體會自動地將資料從DRAM的快取內存入Flash。 SSD控制器停止接收寫入指令,確保快閃記憶體內既有資料的完整性。

為了確保更高的可靠度,創見的IPS技術透過 Ulink機台搭配Ulink DriveMaster軟體來檢測電源中斷的保護機制,每次測試循環都包含以下步驟:

  1. 主機對控制器下達寫入指令
  2. 控制器將資料存入DRAM快取中
  3. Ulink關閉主機電源。當VDT偵測到電壓降至4V,資料從DRAM的快取存入Flash
  4. Ulink將主機電源打開,對比主機內部資料與SSD Flash內部資料,如果有發現資料不一致,則顯示“比對錯誤”的字樣

創見的IPS經過3,000次的循環測試後,檢測結果,資料不一致的次數為0。

總結

創見的SSD整合了電源中斷保護機制,以確保資料傳輸的可靠度以及將意外斷電而導致的設備損毀機率降至最低。

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