深入淺出SSD：固態存儲核心技術、原理與實戰

本書是國內SSD領域的里程碑著作，由國內領先的SSD技術社區SSDFans的核心團隊撰寫。團隊成員都是SSD領域的技術專家，來自SSD、NANDFlash和存儲行業的各大公司，精通固件開發、驅動開發、硬體邏輯開發和SSD測試等技術。它從產品、技術和應用3個維度全面、詳細地講解了SSD的發展歷史、產品形態、工作原理、整體架構，以及各個功能模組的原理和使用，從SSD的前端介面協定到FTL演算法，再到後端的快閃記憶體和糾錯，本書都有涉及。

讚譽
推薦序一
推薦序二
前言

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 基本資訊剖析 15
1.5.2 性能剖析 18
1.5.3 壽命剖析 21
1.5.4 資料可靠性剖析 23
1.5.5 功耗和其他剖析 26
1.5.6 SSD系統相容性 29
1.6 介面形態 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主控和全快閃記憶體陣列 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 全快閃記憶體陣列AFA 60
2.6.1 整體解剖 60
2.6.2 硬體架構 64
2.6.3 軟體架構 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碟 75

第3章 SSD存儲介質：快閃記憶體 77
3.1 快閃記憶體物理結構 77
3.1.1 快閃記憶體器件原理 77
3.1.2 SLC、MLC和TLC 78
3.1.3 快閃記憶體晶片架構 80
3.1.4 讀、寫、擦原理 83
3.1.5 三維快閃記憶體 84
3.1.6 Charge Trap型快閃記憶體 89
3.1.7 3D XPoint 91
3.2 快閃記憶體實戰指南 95
3.2.1 非同步時序 95
3.2.2 同步時序 97
3.2.3 快閃記憶體命令集 100
3.2.4 快閃記憶體定址 101
3.2.5 讀、寫、擦時序 102
3.2.6 ONFI與Toggle協議之爭 103
3.3 快閃記憶體特性 105
3.3.1 快閃記憶體存在的問題 105
3.3.2 壽命 107
3.3.3 快閃記憶體測試 109
3.3.4 MLC使用特性 110
3.3.5 讀干擾 111
3.3.6 快閃記憶體資料保存期 112
3.4 快閃記憶體資料完整性 115
3.4.1 讀錯誤來源 115
3.4.2 重讀 117
3.4.3 ECC改錯碼 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 壞塊鑒別 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 百度的軟體定義快閃記憶體 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配置和位址空間 184
5.7 TLP的路由 189
5.8 資料連結層 197
5.9 實體層 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 定址雙雄：PRP和SGL 229
6.5 Trace分析 236
6.6 端到端資料保護 241
6.7 Namespace 245
6.8 NVMe over Fabrics 250

第7章 SSD測試 258
7.1 主流SSD測試軟體介紹 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 信號和雜訊 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 線性改錯碼的基石——同位（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 演算法 319
9.5.2 和積資訊傳播演算法 322
9.6 LDPC 編碼 327

SSDFansSSDFans是由幾個固態存儲行業的技術精英于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、硬體邏輯開發和SSD測試等技術。SSDFans作者團隊，20多位作者都是技術專家，來自SSD、NAND Flash和存儲行業各大公司。SSDFans是目前中國乃至世界華人圈都頗具影響力的SSD（固態硬碟）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路。產品包括手機/平板/物聯網等移動設備固態存儲、消費級SSD、企業級SSD。人群包括SSD相關行業工程師、銷售、管理層、採購、用戶等。廠商有NAND Flash製造商、SSD控制器廠商、SSD製造商、各種代理商、SSD和晶元測試設備廠商、SSD外殼/電路板等配件廠商、SSD控制器晶元IP廠商、投資人、獵頭、存儲設備製造商、雲計算廠商、互聯網公司、研究所和高校存儲相關部門。在機械硬碟時代，主導權掌握在國外大公司手裡，我國的核心數據存儲在國外的設備中。在固態硬碟時代，幸運的是，很多中國公司站在了技術和產業前沿，SSDFans的目標是整合SSD產業鏈資源，推動中國固態存儲產業大發展，為振興民族存儲產業努力奮鬥！