深入淺出 SSD：固態存儲核心技術、原理與實戰 深入浅出SSD:固态存储核心技术、原理与实战

SSDFans是由幾個固態存儲行業的技術精英於2014年創立的，他們都是博士、碩士研究生。SSDFans創立的初衷是普及固態存儲相關知識，為祖國的固態存儲事業添磚加瓦。

SSDFans核心團隊，都是SSD行業技術專家，精通固件開發、驅動開發、硬件邏輯開發和SSD測試等技術。

SSDFans是目前業界頗具影響力的SSD（固態硬盤）技術社區，通過微信互動等方式，建立了中國SSD產業界完善的社交網絡。

第1章SSD綜述1 
1.1引子1 
1.2 SSD vs HDD 3 
1.3固態存儲及SSD技術發展史6 
1.4 SSD基本工作原理11 
1.5 SSD產品核心參數13 
1.5.1基本信息剖析15 
1.5.2性能剖析18 
1.5.3壽命剖析21 
1.5.4數據可靠性剖析23 
1.5.5功耗和其他剖析26 
1.5.6 SSD系統兼容性29 
1.6接口形態30 
1.6.1 2.5寸32 
1.6.2 M.2 32 
1.6.3 BGA SSD 35 
1.6.4 SDP 37 
1.6.5 U.2 38 
1.7固態存儲市場38 
1.7.1 SSD正在取代HDD 38 
1.7.2 SSD、HDD應用場合39 
1.7.3 SSD市場情況39 

第2章SSD主控和全閃存陣列41 
2.1 SSD系統架構41 
2.1.1前端42
2.1.2主控CPU 45 
2.1.3後端45 
2.2 SSD主控廠商47 
2.2.1 Marvell主控47 
2.2.2三星主控49 
2.2.3國產主控，誰主沉浮50 
2.3案例：矽格（ SiliconGo）SG9081主控55 
2.4案例：企業級和消費級主控需求的歸一化設計56 
2.5案例：DERA（得瑞領新）NVMe控制器TAI和NVMe SSD產品58 
2.6全閃存陣列AFA 60 
2.6. 1整體解剖60 
2.6.2硬件架構64 
2.6.3軟件架構66 
2.6.4工作流程69 
2.6.5應用場景74 
2.7帶計算功能的固態硬盤75 

第3章SSD存儲介質：閃存77 
3.1閃存物理結構77 
3.1.1閃存器件原理77 
3.1.2 SLC、MLC和TLC 78 
3.1.3閃存芯片架構80 
3.1.4讀、寫、擦原理83 
3.1.5三維閃存84 
3.1.6 Charge Trap型閃存89 
3.1.7 3D XPoint 91 
3.2閃存實戰指南95 
3.2.1異步時序95
3.2.2同步時序97 
3.2.3閃存命令集100 
3.2.4閃存尋址101 
3.2.5讀、寫、擦時序102 
3.2.6 ONFI與Toggle協議之爭103 
3.3閃存特性105 
3.3.1閃存存在的問題105 
3.3.2壽命107 
3.3.3閃存測試109 
3.3.4 MLC使用特性110 
3.3.5讀干擾111 
3.3.6閃存數據保存期112 
3.4閃存數據完整性115 
3.4.1讀錯誤來源115 
3.4.2重讀117 
3.4.3 ECC糾錯碼118 
3.4.4 RAID 119 
3.4.5數據隨機化120 

第4章SSD核心技術：FTL 122 
4.1 FTL綜述122 
4.2映射管理124 
4.2.1映射種類124 
4.2.2映射基本原理126 
4.2.3 HMB 128 
4.2.4映射表刷新130 
4.3垃圾回收131 
4.3.1垃圾回收原理131 
4.3.2寫放大137 
4.3.3垃圾回收實現140
4.3.4垃圾回收時機147 
4.4 Trim 148 
4.5磨損平衡150 
4.6掉電恢復152 
4.7壞塊管理155 
4.7.1壞塊來源155 
4.7.2壞塊鑑別155 
4.7.3壞塊管理策略157 
4.8 SLC cache 158 
4.9 RD& DR 160 
4.10 Host Based FTL 161 
4.10.1 Device Based FTL的不足162 
4.10.2 Host Based FTL架構163 
4.10.3百度的軟件定義閃存163 

第5章PCIe介紹166 
5.1從PCIe的速度說起166 
5.2 PCIe拓撲結構169 
5.3 PCIe分層結構172 
5.4 PCIe TLP類型175 
5.5 PCIe TLP結構179 
5.6 PCIe配置和地址空間184 
5.7 TLP的路由189 
5.8數據鏈路層197 
5.9物理層202 
5.10 PCIe Reset 205 
5.11 PCIe Max Payload Size和Max Read Request Size 210
5.12 PCIe SSD熱插拔211 
5.13 SSD PCIe鏈路性能損耗分析213 

第6章NVMe介紹216 
6.1 AHCI到NVMe 216 
6.2 NVMe綜述218 
6.3吉祥三寶：SQ、CQ和DB 223 
6.4尋址雙雄：PRP和SGL 229 
6.5 Trace分析236 
6.6端到端數據保護241 
6.7 Namespace 245 
6.8 NVMe over Fabrics 250 

第7章SSD測試258 
7.1主流SSD測試軟件介紹258 
7.1.1 SSD性能測試第一神器——FIO 258 
7.1.2 AS SSD Benchmark 263 
7.1.3 ATTO Disk Benchmark 264 
7.1.4 CrystalDiskMark 264 
7.1.5 PCMark Vantage 266 
7.1.6 IOMeter 266 
7.2驗證與確認267 
7.3測試儀器268 
7.3.1 Emulator 268 
7.3.2協議分析儀269 
7.3.3 Jammer 272 
7.4回歸測試274 
7.5 DevSlp測試275
7.6 PCIe InterOp 278 
7.7 WA測試280 
7.8耐久度測試281 
7.9認證Certification 288 
7.10 SSD Performance測試290 

第8章SSD電源管理294 
8.1 SATA省電模式Partial和Slumber 294 
8.2 SATA超級省電模式DevSlp 295 
8.3 SATA終極省電模式RTD3 299 
8.4 PCIe省電模式ASPM 301 
8.5 PCIe其他省電模式305 
8.6 NVMe動態電源管理306 
8.7 Power Domain 310
 
第9章ECC原理312 
9.1信號和噪聲312 
9.2通信系統模型313 
9.3糾錯編碼的基本思想315 
9.3.1編碼距離315 
9.3.2線性糾錯碼的基石——奇偶校驗（Parity-Check） 315 
9.3.3校驗矩陣H和生成矩陣G 316 
9.4 LDPC碼原理簡介317 
9.4.1 LDPC是什麼317 
9.4.2 Tanner圖319 
9.5 LDPC解碼319 
9.5.1 Bit-flipping算法319
9.5.2和積信息傳播算法322 
9.6 LDPC編碼327