WDC的儲存產品含蓋了HDD、SSD與嵌入式的eMMC與UFS產品；在SSD與嵌入式的產品發展上、WDC的NAND Flash(凱俠合資)與控制晶片都是採用自家的方案、一條龍的設計生產，以下將就WDC嵌入式儲存產品如何提升讀寫速度的技術進行介紹；將由NAND Flash的製程與架構的演進所帶來的特性分析、簡單的與各位分享WDC儲存的主控晶片技術如何利用Write Booster與WDC Smart SLC的方式來提升產品的效能。

 

NAND的製程演進

      NAND的製程技術從最早期的2D，隨著5G及物聯網技術的發展，因此對於存儲的需求也越來越大，演變至今3D NAND製程也就是通過晶粒堆疊技術，加大單位面積內電晶體數量的增長，增加儲存容量。

 

 

      目前四大供應商三星電子，海力士，美光，WDC(凱俠)，其中以凱俠最早提出３D NAND flash架構，並與合作夥伴WDC攜手研發112層3D NAND為目前市場主力產品，後續凱俠規劃將於2023年推出BiCS FLASH第六代產162層產品搶攻市場,其他三大品牌皆已開始研發200層左右產品,競爭相當激烈。

 

 

NAND的架構簡介

      NAND是由多個存放以位元(bit)為單位的單元所構成，在相同的單位物理空間下，每單位能夠存取越多位元數就能增加儲存容量，目前市面上較常使用的儲存架構主要分為SLC，MLC，TLC，QLC，但是，並非單位層數越多就越好，不同層級單元的NAND有不同的特點，可透過下列表格簡單瞭解差異處。

 

 

      通過對快閃記憶體內最小的物理儲存單元的電位劃分不同的階數，可以在一個儲存單元記憶體裡儲一至多個bit數，但增加的bit數是必需通過更精準電位來區分，而每個單位存取的bit數越多所需要的電位精準度就越高，充電就越困難，如果檢測發現充電失敗，則還要重新進行充電，如此一來寫入跟讀取的時間就會變慢，所以SLC因為電位精準要求低，寫入讀取的成功率很高相對速度就快。 下圖可看出單一儲存單元記憶體中存取的bit數越多其電位精準度的差異．

 

 

      從上述NAND製程演進與架構說明可得知，當前儲存容量需求日益加大的同時，當容量越高因NAND內部存取結構的物理特性的緣故而降低了存取速度與使用壽命，所以如何改善提高存取速度就是各家廠商需要考慮解決的問題，下面將對eMMC，UFS等嵌入式產品中Write Booster技術與WDC獨有Smart SLC技術的部份做一個簡單說明：

 

Write Booster技術簡介

UFS3.1(JESD220E)標準在UFS3.0(JESD220D)基礎上新增三個功能，分別為：

1. Wirte Booster：可以顯著提升寫入速度
2. Deep Sleep：可讓UFS進入低功耗狀態，達到節能目的
3. Performance Throttling Notification：溫度過高時會通知系統，避免因高溫影響存儲設備的性能．

 

      針對Write Boost工作原理的部分,我們知道TLC架構的NAND其存取速度比SLC慢是不爭的事實，因為TLC裡面有更多的programming steps，所以為了提高存取速度會把TLC NAND一部分模擬成SLC NAND做為資料存取的Buffer，當TLC儲存空間填滿後會歸還原模擬SLC NAND還原為TLC NAND繼續存取，下圖為Write Booster技術的工作原理圖。

 

 

WDC Smart SLC原理簡介

      WDC產品獨有Smart SLC設計，除了可透由User指定TLC模擬為SLC作為buffer的容量之外，其產品本身設計在初始即提供部分SLC buffer(如下圖SLC Fix Buffer)，此buffer就算在TLC資料填滿的情況下也不會歸還，故存取速度不會因為資料讀寫超過預設容量而大幅降低，藉此優化Write Booster performance。

 

 

總結Smart SLC優點

1. 常駐Write Booster快速存取速度
   因內建SLC fix buffer，就算User不啟用Wrire Boost功能，也能享有Write booster存取速度。
2. 資料儲存滿時還是能維持write booster
   存取速度因SLC fixed buffer並不會在資料儲存滿時回復成TLC，故存取速度不受影響。

 

下圖為WDC在嵌入式存取產品中的讀寫的流程圖：

 

 

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