CN101373628B - 固态硬盘 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种固态硬盘，包括：Flash芯片，用于进行数据存储；Flash管理芯片，与Flash芯片相连，用于对Flash芯片的数据存储进行管理；主控芯片，与宿主设备相连，还与两个以上Flash管理芯片相连，用于采用RAID模式算法为Flash管理芯片分配读写数据。所述主控芯片内部采用RAID算法。本发明在一个固态硬盘上由主控芯片作为第一级管理结构，由多个Flash管理芯片形成第二级管理结构，通过两级管理结构共同实现对数据的存储管理，大幅度提高了SSD数据读写的速度和数据存储的可靠性，可以满足对读写速度有较高要求的应用场合和关键数据的存储领域。此外本发明还通过采用多层PCB电路设计实现了容量大、成本低的优点。
Description
【技术领域】
本发明涉及电子存储技术领域，尤其涉及一种高速、高可靠性的固态硬盘。
【背景技术】
固态硬盘(Solid State Drive，SSD)主要包括Flash管理芯片和Flash芯片，与传统硬盘相比其特别之处在于没有机械结构，具有低耗电、耐震、稳定性高、耐低温等优点。
Flash管理芯片负责完成Flash的管理和数据存储的管理。数据存储的管理主要是通过写均衡算法(Wear Levelling算法)来保证系统中所有的Flash被均匀的擦写和使用，以延长整个SSD产品的使用寿命。Flash管理芯片还负责通过标准接口(包括SATA-I/SATA-II/PATA/USB)与宿主设备(使用SSD作为存储的设备)互通。
现有SSD的不足之处在于，都是通过Flash管理芯片直接对Flash进行读写控制，所以整个SSD的读写速度受到Flash本身读写速度的限制，尽管有些SSD的读写速度已经超过传统硬盘，但仍然无法满足一些对读写速度有较高要求的应用场合。同时，现有SSD内部的数据直接存储在Flash上，如果Flash失效，SSD内的数据也就会丢失，数据存储的可靠性完全依赖于Flash芯片。
【发明内容】
本发明的目的是设计一种固态硬盘，通过在硬盘里采用主控芯片和Flash管理芯片两级数据管理来大幅度提高读取速度。
为达到上述目的，本发明提出以下的技术方案：
一种固态硬盘，包括：
Flash芯片，用于进行数据存储；
Flash管理芯片，与Flash芯片相连，用于对Flash芯片的数据存储进行管理；
主控芯片，与宿主设备相连，还与两个以上Flash管理芯片相连，用于采用RAID模式算法为Flash管理芯片分配读写数据。
其中，所述主控芯片内部采用RAID_0模式算法。
其中，所述主控芯片内部采用RAID_1模式算法。
优选地，主控芯片与四个以上Flash管理芯片相连；
所述主控芯片内部采用RAID_0模式算法和RAID_1模式算法。
其中，每一所述Flash管理芯片及与其相连的Flash芯片设置于同一PCB板。
其中，主控芯片设置于包含Flash管理芯片的PCB板，或设置于独立的PCB板。
其中，两个以上所述PCB板层叠设置于壳体内。
其中，Flash管理芯片通过标准接口SATA接口、PATA接口、USB接口或私有接口与主控芯片连接。
从以上技术方案可以看出，本发明在一个固态硬盘上由主控芯片作为第一级管理结构，在主控芯片中实现RAID模式算法；其次，由多个Flash管理芯片形成第二级管理结构，负责flash芯片管理。两级管理结构共同实现对数据的存储管理，主控芯片采用RAID模式算法在多个Flash管理芯片下的Flash芯片的数据进行并行的读取。在这种两级数据管理结构下，系统存取数据的并发通道数成倍数提高，主控芯片下行连接的Flash管理芯片数目提高一倍，则并行数据存取通道数也提高一倍，因此SSD数据读取的速度得到大幅度提高，以满足对读写速度有较高要求的应用场合。
【附图说明】
图1为本发明的结构图；
图2为本发明的另一结构图。
【具体实施方式】
下面结合具体的实施例及说明书附图对本发明的目的、技术方案以及优点进行详细的描述。
实施例一
如图1所示，本实施例的固态硬盘，主要包括主控芯片、Flash管理芯片和Flash芯片：
主控芯片作为第一级管理结构，其上行与外部的宿主设备相连，为Flash管理芯片分配读写数据，在主控芯片中采用独立冗余磁盘阵列(Redundant Array ofIndependent Disks，RAID)模式算法；主控芯片下行与两个以上Flash管理芯片相连。多个Flash管理芯片形成第二级管理结构，下行与Flash芯片相连，并对Flash芯片的数据存储进行管理。上述两级管理结构共同对数据的存储进行管理，在主控芯片采用RAID模式算法(包括RAID_0模式和RAID_1模式)在多个Flash管理芯片的Flash芯片上进行并行的读取，大幅度提高硬盘数据读取的速度。
在这种两级数据管理结构下，系统存取数据的并发通道数成倍数提高，主控芯片下行连接的Flash管理芯片数目提高一倍，则并行数据存取通道数也提高一倍，主控芯片下行连接的Flash管理芯片数目提高两倍，则并行数据存取通道数也提高两倍，以此类推。例如，主控芯片下行连接2片Flash管理芯片(2通道)，Flash管理芯片下行管理4颗Flash芯片(4通道)，则并行数据存取通道就有8个通道。两层管理结构使得可以在第一级结构的主控芯片连接更多的Flash管理芯片，从而了增加SSD的Flash芯片，由于整个系统的并行数据存取通道数增加，因此SSD数据读取的速度得到大幅度提高，以满足对读写速度有较高要求的应用场合。
宿主设备通常为数据的使用设备，例如PC、工控机等，它们通过标准的接口存取SSD中的数据。Flash管理芯片通过标准接口SATA接口、PATA接口、USB接口或私有接口与主控芯片连接。
本发明在同一块固态硬盘(Solid State Disk，SSD)内部采用主控芯片和多个Flash管理芯片共同完成数据的存储管理，其中RAID控制芯片负责完成数据在多块Flash管理芯片之间进行数据的读写分配，Flash管理芯片(管理SSD子板)通过标准接口(包括SATA-I/SATA-II/PATA/USB接口等)或私有接口与主控芯片连接，Flash管理芯片实现对Flash芯片的连接和管理，同时在SSD内部采用了双层或多层的PCB板技术以提供更高的数据存储容量。
在本实施例中，可以在主控芯片内部采用RAID_0模式算法，主控芯片作为第一级管理结构，其连接两个以上的Flash管理芯片，多个Flash管理芯片形成第二级管理结构，两个管理结构共同实现SSD速度读写速度的提升。在RAID_0工作模式下，当宿主设备对SSD进行数据存取时，主控芯片会对数据进行分割并同时对两个Flash管理芯片进行并行读写，为SSD提供更高的数据读写速度。
主控芯片采用RAID_0模式算法对多个Flash管理芯片下的Flash芯片的数据进行并行的写入和读取，通过数据的并发读写以大幅度提高SSD数据读写的速度，以满足对读写速度有较高要求的应用场合。
在本实施例中，可以在主控芯片内部采用RAID_1模式算法，主控芯片作为第一级管理结构，其连接两个以上的Flash管理芯片，多个Flash管理芯片形成第二级管理结构，两个管理结构共同实现数据的冗余存储以提高数据存储的可靠性。
由于Flash芯片的擦写次数有一定限制，导致基于Flash实现的SSD使用寿命有限，并且在使用过程中随着擦写次数的增加，数据存储的可靠性将会越来越低。
在数据以RAID_1模式在多个Flash管理芯片下的Flash上进行1:1的冗余方式进行存储，通过1:1的冗余数据存储大幅度提高了数据存储的可靠性，解决了数据因为单片Flash、芯片失效而丢失的问题，为SSD应用在关键数据的存储领域提供保障。
对于对数据存储可靠性要求较高的应用场合，主控芯片将工作在RAID_1模式下，当宿主设备对SSD进行数据存储时，主控芯片会同时对两个Flash管理芯片进行相同数据的读写，以使两个Flash管理芯片所控制的Flash芯片形成1：1冗余备份，在RAID_1模式下被存储数据不会因为任何一块SSD子板上的Flash芯片失效而失效，因此SSD具有更好的数据存储可靠性，使SSD更适合应用在关键数据的存储领域。
需要说明的是，在不脱离本发明技术构思的前提下，做出的若干变形和改进，包括：采用FPGA和逻辑软件实现RAID控制功能和Flash管理功能，并采用与本发明类似的系统结构实现的产品方案；或者采用其他含有RAID功能的功能类似的控制芯片和与Flash管理芯片功能类似芯片，并采用与本发明类似的系统结构实现的产品方案，这些都应当属于本发明的保护范围。
实施例二
如图2所示，本实施例的SSD包含主控芯片及与其相连的四个以上Flash管理芯片，所述主控芯片内部采用RAID_0模式算法和RAID_1模式算法。
以主控芯片及与其相连的四个Flash管理芯片的例子进行说明：
主控芯片作为第一级管理结构，可以对其中两个Flash管理芯片采用RAID_0模式进行数据分配，即主控芯片对数据进行分割并同时对两个Flash管理芯片进行读写，为SSD提供更高的数据读写速度。
此外，主控芯片可以对其中另外两个Flash管理芯片采用RAID_1模式进行数据分配，即主控芯片同时对两个Flash管理芯片进行相同数据的读写，以使两个Flash管理芯片所控制的Flash形成1:1冗余备份，在RAID_1模式下被存储数据不会因为任何一块SSD子板上的Flash芯片失效而丢失，提高SSD数据存储的可靠性。
主控芯片与多个Flash管理芯片相连，多个Flash管理芯片形成第二级管理结构，下行与Flash芯片相连，并对Flash芯片的数据存储进行管理。
采用本实施例混合工作模式可以同时提高SSD的存取速度和存储数据的可靠性。
在本发明中，每一Flash管理芯片及与其相连的Flash芯片可以设置于同一PCB板，作为一个SSD子板。主控芯片可以设置于SSD子板，也可以设置于独立的PCB板。在本发明中，多个PCB板可以层叠设置于SSD的壳体内。
由于Flash芯片的引脚较多，如果没有采用主控芯片直接将两个SSD子板连接在一起，则需要将Flash芯片的大量引脚从一个PCB板穿插到另一个PCB板上，其实现的难度极大。在采用了主控芯片之后，多层PCB板的层叠实现更容易。本发明内部采用的两块SSD子板层叠安装的方式，保证了在有限的空间内提供更多的Flash芯片安装位置，从而使得SSD中可以容纳更多的Flash芯片，SSD因此可以获得更大的容量。
本发明通过采用双层或多层PCB板的层叠结构来增加Flash芯片的布局空间，从而使得SSD中可以容纳更多的Flash芯片，SSD因此可以获得更大的容量。进一步，由于目前Flash芯片制成工艺的问题，导致单块小容量Flash芯片的成本远低于大容量Flash芯片，因此在总容量相同的情况下，本发明采用层叠PCB板结构的硬盘的成本远低于通过采用大容量Flash芯片的硬盘的成本，具有良好的商业前景。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (8)
1.一种固态硬盘，其特征在于，包括：
Flash芯片，用于进行数据存储；
Flash管理芯片，与Flash芯片相连，用于对Flash芯片的数据存储进行管理；
主控芯片，与宿主设备相连，还与两个以上Flash管理芯片相连，用于采用RAID模式算法为Flash管理芯片分配读写数据。
2.根据权利要求1所述的固态硬盘其特征在于，所述主控芯片内部采用RAID_0模式算法。
3.根据权利要求1所述的固态硬盘，其特征在于，所述主控芯片内部采用RAID_1模式算法。
4.根据权利要求1所述的固态硬盘，其特征在于，主控芯片与四个以上Flash管理芯片相连；
所述主控芯片内部采用RAID_0模式算法和RAID_1模式算法。
5.根据权利要求1所述的固态硬盘，其特征在于，每一所述Flash管理芯片及与其相连的Flash芯片设置于同一PCB板。
6.根据权利要求5所述的固态硬盘，其特征在于，主控芯片设置于包含Flash管理芯片的PCB板，或设置于独立的PCB板。
7.根据权利要求5所述的固态硬盘，其特征在于，两个以上所述PCB板层叠设置于壳体内。
8.根据权利要求1所述的固态硬盘，其特征在于，Flash管理芯片通过标准SATA接口、PATA接口、USB接口或私有接口与主控芯片连接。
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