專(zhuān)利名稱(chēng)：固態(tài)硬盤(pán)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電子存儲(chǔ)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種高速、高可靠性的固態(tài)硬盤(pán)。背景技術(shù)：
固態(tài)硬盤(pán)(Solid State Drive, SSD)主要包括Flash管理芯片和Flash芯片， 與傳統(tǒng)硬盤(pán)相比其特別之處在于沒(méi)有機(jī)械結(jié)構(gòu)，具有低耗電、耐震、穩(wěn)定性高、 耐低溫等優(yōu)點(diǎn)。
Flash管理芯片負(fù)責(zé)完成Flash的管理和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的管理。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的管理 主要是通過(guò)寫(xiě)均衡算法(Wear Levelling算法)來(lái)保證系統(tǒng)中所有的Flash被均 勻的擦寫(xiě)和使用，以延長(zhǎng)整個(gè)SSD產(chǎn)品的使用壽命。Flash管理芯片還負(fù)責(zé)通過(guò) 標(biāo)準(zhǔn)接口 (包括SATA-I/SATA-II/PATA/USB )與宿主設(shè)備(使用SSD作為存儲(chǔ) 的設(shè)備)互通。
現(xiàn)有SSD的不足之處在于，都是通過(guò)Flash管理芯片直接對(duì)Flash進(jìn)行讀 寫(xiě)控制，所以整個(gè)SSD的讀寫(xiě)速度受到Flash本身讀寫(xiě)速度的限制，盡管有些 SSD的讀寫(xiě)速度已經(jīng)超過(guò)傳統(tǒng)硬盤(pán)，但仍然無(wú)法滿(mǎn)足一些對(duì)讀寫(xiě)速度有較高要 求的應(yīng)用場(chǎng)合。同時(shí)，現(xiàn)有SSD內(nèi)部的數(shù)據(jù)直接存儲(chǔ)在Flash上，如果Flash失 效，SSD內(nèi)的數(shù)據(jù)也就會(huì)丟失，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的可靠性完全依賴(lài)于Flash芯片。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是設(shè)計(jì)一種固態(tài)硬盤(pán)，通過(guò)在硬盤(pán)里采用主控芯片和Flash管 理芯片兩級(jí)數(shù)據(jù)管理來(lái)大幅度提高讀取速度。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提出以下的技術(shù)方案
一種固態(tài)硬盤(pán)，包括
Flash芯片，用于進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)；
Flash管理芯片，與Flash芯片相連，用于對(duì)Flash芯片的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)進(jìn)行管理; 主控芯片，與宿主設(shè)備相連，還與兩個(gè)以上Flash管理芯片相連，用于采用 RAID模式算法為Flash管理芯片分配讀寫(xiě)數(shù)據(jù)。
其中，所述主控芯片內(nèi)部釆用RAID一O模式算法。
其中，所述主控芯片內(nèi)部采用RAIDJ模式算法。
優(yōu)選地，主控芯片與四個(gè)以上Flash管理芯片相連；
所述主控芯片內(nèi)部采用RAIDJ)模式算法和RAID—1模式算法。
其中，每一所述Flash管理芯片及與其相連的Flash芯片設(shè)置于同一 PCB板。
其中，主控芯片設(shè)置于包含F(xiàn)lash管理芯片的PCB板，或設(shè)置于獨(dú)立的PCB板。
其中，兩個(gè)以上所述PCB板層疊設(shè)置于殼體內(nèi)。
其中，F(xiàn)lash管理芯片通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)接口 SATA接口、 PATA接口、 USB接口或 私有接口與主控芯片連接。
從以上技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明在一個(gè)固態(tài)硬盤(pán)上由主控芯片作為第一
級(jí)管理結(jié)構(gòu)，在主控芯片中實(shí)現(xiàn)RAID模式算法；其次，由多個(gè)Flash管理芯片
形成第二級(jí)管理結(jié)構(gòu)，負(fù)責(zé)flash芯片管理。兩級(jí)管理結(jié)構(gòu)共同實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的存
儲(chǔ)管理，主控芯片采用RAID模式算法在多個(gè)Flash管理芯片下的Flash芯片的
數(shù)據(jù)進(jìn)行并行的讀取。在這種兩級(jí)數(shù)據(jù)管理結(jié)構(gòu)下，系統(tǒng)存取數(shù)據(jù)的并發(fā)通道
數(shù)成倍數(shù)提高，主控芯片下行連接的Flash管理芯片數(shù)目提高一倍，則并行數(shù)據(jù)
存取通道數(shù)也提高一倍，因此SSD數(shù)據(jù)讀取的速度得到大幅度提高，以滿(mǎn)足對(duì)
讀寫(xiě)速度有較高要求的應(yīng)用場(chǎng)合。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)圖;
圖2為本發(fā)明的另一結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體的實(shí)施例及說(shuō)明書(shū)附圖對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案以及優(yōu)點(diǎn) 進(jìn)行詳細(xì)的描述。
實(shí)施例一
如圖l所示，本實(shí)施例的固態(tài)硬盤(pán)，主要包括主控芯片、Flash管理芯片和 Flash芯片
主控芯片作為第一級(jí)管理結(jié)構(gòu)，其上行與外部的宿主設(shè)備相連，為Flash管 理芯片分配讀寫(xiě)數(shù)據(jù)，在主控芯片中釆用獨(dú)立冗余磁盤(pán)陣列(Redundant Array of Independent Disks, RAID)模式算法；主控芯片下行與兩個(gè)以上Flash管理芯片 相連。多個(gè)Flash管理芯片形成第二級(jí)管理結(jié)構(gòu)，下行與Flash芯片相連，并對(duì) Flash芯片的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)進(jìn)行管理。上述兩級(jí)管理結(jié)構(gòu)共同對(duì)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)進(jìn)行管理， 在主控芯片采用RAID模式算法(包括RAID—0模式和RAID_1模式)在多個(gè) Flash管理芯片的Flash芯片上進(jìn)行并行的讀取，大幅度提高硬盤(pán)數(shù)據(jù)讀取的速 度。
在這種兩級(jí)數(shù)據(jù)管理結(jié)構(gòu)下，系統(tǒng)存取數(shù)據(jù)的并發(fā)通道數(shù)成倍數(shù)提高，主 控芯片下行連接的Flash管理芯片數(shù)目提高一倍，則并行數(shù)據(jù)存取通道數(shù)也提高 一倍，主控芯片下行連接的Flash管理芯片數(shù)目提高兩倍，則并行數(shù)據(jù)存取通道 數(shù)也提高兩倍，以此類(lèi)推。例如，主控芯片下行連接2片F(xiàn)lash管理芯片(2通 道)，F(xiàn)lash管理芯片下行管理4顆Flash芯片(4通道)，則并行數(shù)據(jù)存取通道 就有8個(gè)通道。兩層管理結(jié)構(gòu)使得可以在第一級(jí)結(jié)構(gòu)的主控芯片連接更多的 Flash管理芯片，從而了增加SSD的Flash芯片，由于整個(gè)系統(tǒng)的并行數(shù)據(jù)存取 通道數(shù)增加，因此SSD數(shù)據(jù)讀取的速度得到大幅度提高，以滿(mǎn)足對(duì)讀寫(xiě)速度有 較高要求的應(yīng)用場(chǎng)合。
宿主設(shè)備通常為數(shù)據(jù)的使用設(shè)備，例如PC、工控機(jī)等，它們通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的接 口存取SSD中的數(shù)據(jù)。Flash管理芯片通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)接口 SATA接口、 PATA接口、 USB接口或私有接口與主控芯片連接。
本發(fā)明在同一塊固態(tài)硬盤(pán)(Solid State Disk, SSD)內(nèi)部采用主控芯片和多
個(gè)Flash管理芯片共同完成數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)管理，其中RAID控制芯片負(fù)責(zé)完成數(shù)據(jù) 在多塊Flash管理芯片之間進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀寫(xiě)分配，F(xiàn)lash管理芯片(管理SSD子 板)通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)接口 (包括SATA-I/SATA-II/PATA/USB接口等)或私有接口與主 控芯片連接，F(xiàn)lash管理芯片實(shí)現(xiàn)對(duì)Flash芯片的連接和管理，同時(shí)在SSD內(nèi)部 采用了雙層或多層的PCB板技術(shù)以提供更高的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量。
在本實(shí)施例中，可以在主控芯片內(nèi)部采用RAID一0模式算法，主控芯片作 為第一級(jí)管理結(jié)構(gòu)，其連接兩個(gè)以上的Flash管理芯片，多個(gè)Flash管理芯片形 成第二級(jí)管理結(jié)構(gòu)，兩個(gè)管理結(jié)構(gòu)共同實(shí)現(xiàn)SSD速度讀寫(xiě)速度的提升。在 RAID—0工作模式下，當(dāng)宿主設(shè)備對(duì)SSD進(jìn)行數(shù)據(jù)存取時(shí)，主控芯片會(huì)對(duì)數(shù)據(jù) 進(jìn)行分割并同時(shí)對(duì)兩個(gè)Flash管理芯片進(jìn)行并行讀寫(xiě)，為SSD提供更高的數(shù)據(jù) 讀寫(xiě)速度。
主控芯片采用RAID一O模式算法對(duì)多個(gè)Flash管理芯片下的Flash芯片的數(shù) 據(jù)進(jìn)行并行的寫(xiě)入和讀取，通過(guò)數(shù)據(jù)的并發(fā)讀寫(xiě)以大幅度提高SSD數(shù)據(jù)讀寫(xiě)的 速度，以滿(mǎn)足對(duì)讀寫(xiě)速度有較高要求的應(yīng)用場(chǎng)合。
在本實(shí)施例中，可以在主控芯片內(nèi)部采用RAID_1才莫式算法，主控芯片作 為第一級(jí)管理結(jié)構(gòu)，其連接兩個(gè)以上的Flash管理芯片，多個(gè)Flash管理芯片形 成第二級(jí)管理結(jié)構(gòu)，兩個(gè)管理結(jié)構(gòu)共同實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的冗余存儲(chǔ)以提高數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的
可靠性。
由于Flash芯片的擦寫(xiě)次數(shù)有一定限制，導(dǎo)致基于Flash實(shí)現(xiàn)的SSD使用
壽命有限，并且在使用過(guò)程中隨著擦寫(xiě)次數(shù)的增加，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的可靠性將會(huì)越 來(lái)越低。
在數(shù)據(jù)以RAID一1模式在多個(gè)Flash管理芯片下的Flash上進(jìn)行1: 1的冗 余方式進(jìn)行存儲(chǔ)，通過(guò)l: 1的冗余數(shù)據(jù)存儲(chǔ)大幅度提高了數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的可靠性， 解決了數(shù)據(jù)因?yàn)閱纹現(xiàn)lash、芯片失效而丟失的問(wèn)題，為SSD應(yīng)用在關(guān)鍵數(shù)據(jù)的 存儲(chǔ)領(lǐng)域提供保障。
對(duì)于對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)可靠性要求較高的應(yīng)用場(chǎng)合，主控芯片將工作在RAID—1 模式下，當(dāng)宿主設(shè)備對(duì)SSD進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)時(shí)，主控芯片會(huì)同時(shí)對(duì)兩個(gè)Flash管 理芯片進(jìn)行相同數(shù)據(jù)的讀寫(xiě)，以使兩個(gè)Flash管理芯片所控制的Flash芯片形成 1: 1冗余備份，在RAID一1模式下被存儲(chǔ)數(shù)據(jù)不會(huì)因?yàn)槿魏我粔KSSD子板上的 Flash芯片失效而失效，因此SSD具有更好的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)可靠性，使SSD更適合 應(yīng)用在關(guān)鍵數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)領(lǐng)域。
需要說(shuō)明的是，在不脫離本發(fā)明技術(shù)構(gòu)思的前提下，做出的若干變形和改 進(jìn)，包括采用FPGA和邏輯軟件實(shí)現(xiàn)RAID控制功能和Flash管理功能，并釆 用與本發(fā)明類(lèi)似的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的產(chǎn)品方案；或者采用其他含有RAID功能的 功能類(lèi)似的控制芯片和與Flash管理芯片功能類(lèi)似芯片，并采用與本發(fā)明類(lèi)似的 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的產(chǎn)品方案，這些都應(yīng)當(dāng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
實(shí)施例二
如圖2所示，本實(shí)施例的SSD包含主控芯片及與其相連的四個(gè)以上Flash 管理芯片，所述主控芯片內(nèi)部釆用RAID—0模式算法和RAID_1模式算法。
以主控芯片及與其相連的四個(gè)Flash管理芯片的例子進(jìn)行說(shuō)明 主控芯片作為第 一級(jí)管理結(jié)構(gòu)，可以對(duì)其中兩個(gè)Flash管理芯片采用RAID—0 模式進(jìn)行數(shù)據(jù)分配，即主控芯片對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分割并同時(shí)對(duì)兩個(gè)Flash管理芯片進(jìn)
行讀寫(xiě)，為SSD提供更高的數(shù)據(jù)讀寫(xiě)速度。
此外，主控芯片可以對(duì)其中另外兩個(gè)Flash管理芯片采用RAID一1模式進(jìn)行 數(shù)據(jù)分配，即主控芯片同時(shí)對(duì)兩個(gè)Flash管理芯片進(jìn)行相同數(shù)據(jù)的讀寫(xiě)，以使兩 個(gè)Flash管理芯片所控制的Flash形成1: 1冗余備份，在RAID一1模式下被存儲(chǔ) 數(shù)據(jù)不會(huì)因?yàn)槿魏我粔KSSD子板上的Flash芯片失效而丟失，提高SSD數(shù)據(jù)存 儲(chǔ)的可靠性。
主控芯片與多個(gè)Flash管理芯片相連，多個(gè)Flash管理芯片形成第二級(jí)管理 結(jié)構(gòu)，下行與Flash芯片相連，并對(duì)Flash芯片的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)進(jìn)行管理。
采用本實(shí)施例混合工作模式可以同時(shí)提高SSD的存取速度和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的可 靠性。
在本發(fā)明中，每一 Flash管理芯片及與其相連的Flash芯片可以設(shè)置于同一 PCB板，作為一個(gè)SSD子板。主控芯片可以設(shè)置于SSD子板，也可以設(shè)置于獨(dú) 立的PCB板。在本發(fā)明中，多個(gè)PCB板可以層疊設(shè)置于SSD的殼體內(nèi)。
由于Flash芯片的引腳較多，如果沒(méi)有采用主控芯片直接將兩個(gè)SSD子板
連接在一起，則需要將Flash芯片的大量引腳從一個(gè)PCB板穿插到另一個(gè)PCB
板上，其實(shí)現(xiàn)的難度極大。在采用了主控芯片之后，多層PCB板的層疊實(shí)現(xiàn)更
容易。本發(fā)明內(nèi)部采用的兩塊SSD子板層疊安裝的方式，保證了在有限的空間
內(nèi)提供更多的Flash芯片安裝位置，從而使得SSD中可以容納更多的Flash芯片，
SSD因此可以獲得更大的容量。
本發(fā)明通過(guò)采用雙層或多層PCB板的層疊結(jié)構(gòu)來(lái)增加Flash芯片的布局空 間，從而使得SSD中可以容納更多的Flash芯片，SSD因此可以獲得更大的容 量。進(jìn)一步，由于目前Flash芯片制成工藝的問(wèn)題，導(dǎo)致單塊小容量Flash芯片 的成本遠(yuǎn)低于大容量Flash芯片，因此在總?cè)萘肯嗤那闆r下，本發(fā)明采用層疊 PCB板結(jié)構(gòu)的硬盤(pán)的成本遠(yuǎn)低于通過(guò)采用大容量Flash芯片的硬盤(pán)的成本，具有 良好的商業(yè)前景。
以上所述實(shí)施例僅表達(dá)了本發(fā)明的幾種實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)， 但并不能因此而理解為對(duì)本發(fā)明專(zhuān)利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)于本領(lǐng)域 的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和 改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。因此，本發(fā)明專(zhuān)利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附 權(quán)利要求為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種固態(tài)硬盤(pán)，其特征在于，包括:Flash芯片，用于進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)；Flash管理芯片，與Flash芯片相連，用于對(duì)Flash芯片的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)進(jìn)行管理；主控芯片，與宿主設(shè)備相連，還與兩個(gè)以上Flash管理芯片相連，用于采用RAID模式算法為Flash管理芯片分配讀寫(xiě)數(shù)據(jù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固態(tài)硬盤(pán)其特征在于，所述主控芯片內(nèi)部采用 RAID一O模式算法。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的固態(tài)硬盤(pán)，其特征在于，所述主控芯片內(nèi)部采用 RAID_1模式算法。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的固態(tài)硬盤(pán)，其特征在于，主控芯片與四個(gè)以上Flash 管理芯片相連；所述主控芯片內(nèi)部采用RAID—0模式算法和RAID一1模式算法。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的固態(tài)硬盤(pán)，其特征在于，每一所述Flash管理芯 片及與其相連的Flash芯片設(shè)置于同一 PCB板。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的固態(tài)硬盤(pán)，其特征在于，主控芯片設(shè)置于包含F(xiàn)lash 管理芯片的PCB板，或設(shè)置于獨(dú)立的PCB板。
7、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的固態(tài)硬盤(pán)，其特征在于，兩個(gè)以上所述PCB板層 疊設(shè)置于殼體內(nèi)。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的固態(tài)硬盤(pán)，其特征在于，F(xiàn)lash管理芯片通過(guò)標(biāo)準(zhǔn) SATA接口、 PATA接口、 USB接口或私有接口與主控芯片連接。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種固態(tài)硬盤(pán)，包括Flash芯片，用于進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)；Flash管理芯片，與Flash芯片相連，用于對(duì)Flash芯片的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)進(jìn)行管理；主控芯片，與宿主設(shè)備相連，還與兩個(gè)以上Flash管理芯片相連，用于采用RAID模式算法為Flash管理芯片分配讀寫(xiě)數(shù)據(jù)。所述主控芯片內(nèi)部采用RAID算法。本發(fā)明在一個(gè)固態(tài)硬盤(pán)上由主控芯片作為第一級(jí)管理結(jié)構(gòu)，由多個(gè)Flash管理芯片形成第二級(jí)管理結(jié)構(gòu)，通過(guò)兩級(jí)管理結(jié)構(gòu)共同實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)管理，大幅度提高了SSD數(shù)據(jù)讀寫(xiě)的速度和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的可靠性，可以滿(mǎn)足對(duì)讀寫(xiě)速度有較高要求的應(yīng)用場(chǎng)合和關(guān)鍵數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)領(lǐng)域。此外本發(fā)明還通過(guò)采用多層PCB電路設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了容量大、成本低的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G11C7/10GK101373628SQ20081021671
公開(kāi)日2009年2月25日 申請(qǐng)日期2008年10月14日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月14日
發(fā)明者于克磊, 濤 宋 申請(qǐng)人:宋 濤;于克磊