CN105989401A

CN105989401A - 一体化固态阵列存储卡

Info

Publication number: CN105989401A
Application number: CN201510063606.4A
Authority: CN
Inventors: 詹雨明
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2015-02-09
Filing date: 2015-02-09
Publication date: 2016-10-05

Abstract

本发明是一体化固态阵列存储卡，采用具有PCIE3.0总线接口的RAID控制芯片，和多个SATA3或者SAS3接口的高密度的SSD模块组成，用RAID控制芯片的BIOS，设置为RAID0的方式运行，这样速度和容量都是单一SSD模块之和，并将所有硬件集成到一块卡上(如标准的PCIE卡或VPX卡)，这样很小的体积可以做到大容量(单PCIE卡16TB；单一VPX卡48TB)；高速度(读4000MB/S，写4000MB/S)；低功耗(小于40W)。

Description

一体化固态阵列存储卡

技术领域

本发明涉及高速度，大容量的固态电子数据存储系统。

背景技术

SD卡存储卡，是用于手机、数码相机、便携式电脑、MP3和其他数码产品上的独立存储介质，一般是卡片的形态，故统称为“存储卡”，又称为“数码存储卡”、“数字存储卡”、“储存卡”等。存储卡具有体积小巧、携带方便、使用简单的优点。同时，由于大多数存储卡都具有良好的兼容性，便于在不同的数码产品之间交换数据。近年来，随着数码产品的不断发展，存储卡的存储容量不断得到提升，应用也快速普及。

Secure Digital卡简称SD卡，从字面理解，此卡就是安全卡，它比CF卡以及早期的SM卡在安全性能方面更加出色。是由日本的松下公司、东芝公司和SanDisk公司共同开发的一种全新的存储卡产品，最大的特点就是通过加密功能，保证数据资料的安全保密。SD卡从很多方面来看都可看作MMC的升级。两者的外形和工作方式都相同，只是MMC卡的厚度稍微要薄一些，但是使用SD卡设备的机器都可以使用MMC卡。其外形尺寸为32mm×24mm×2.1mm。

SD卡对于手机等小型数码产品而略显臃肿，同时也为了追赶Duo以及Xd，SD卡阵营发表了比原来更小的存储卡，名为“miniSD”。其外形尺寸为20mm×21.5mm×1.4mm，封装面积是原来SD卡的44％、体积是原来SD卡的63％，具有11个金手指(SD卡只有9个)。通过转接卡也可以当作SD卡使用。该卡在多普达、松下等手机上有广泛的使用。

microSD

microSD卡标准由SD协会在2005年参照T-Flash的相关标准制定出来的，T-Flash卡和microSD卡是相互兼容的。与miniSD卡相比，microSD卡体积更为小巧，尺寸为11mm×15mm×1.4mm，它仅有标准SD卡的四分之一左右，是目前市场上体积最小的存储卡。

T-Flash卡

全名：TransFLash，由摩托罗拉与SANDISK共同研发，在2004年推出。是一种超小型卡(11*15*1MM)，约为SD卡的1/4，可以算目前最小的储存卡了。TF卡可经SD卡转换器后，当SD卡使用。利用适配器可以在使用SD作为存储介质的设备上使用。TransFlash主要是为照相手机拍摄大幅图像以及能够下载较大的视频片段而开发研制的。TransFlash卡可以用来储存个人数据，例如数字照片、MP3、游戏及用于手机的应用和个人数据等，还内设置版权保护管理系统，让下载的音乐、影像及游戏受保护；未来推出的新型TransFlash还备有加密功能，保护个人数据、财政纪录及健康医疗文件。体积小巧的TransFlash让制造商无须顾虑电话体积即可采用此设计，而另一项弹性运用是可以让供货商在交货前随时按客户不同需求做替换，这个优点是嵌入式闪存所没有的。

详细说明：

体积约等于半张SIM卡，内设版权保护管理系统，适用于多项多媒体应用。

搭配适配器之后，使用于附SD卡槽的数码产品上。

尺寸：11mm*15mm*1mm。

SDHC

SDHC是“Secure Digital High Capacity”的缩写，即“高容量SD存储卡”。2006年5月SD协会发布了最新版的SD 2.0的系统规范，在其中规定SDHC是符合新的规范、且容量大于2GB小于等于32GB的SD卡。

SDHC最大的特点就是高容量(2GB-32GB)。另外，SD协会规定SDHC必须采用FAT32文件系统，这是因为之前在SD卡中使用的FAT16文件系统所支持的最大容量为2GB，并不能满足SDHC的要求。

作为SD卡的继任者，SDHC主要特征在于文件格式从以前的FAT12、FAT16提升到了FAT32，而且最高支持32GB。同时传输速度被重新定义为Class2(2MB/sec)、Class4(4MB/sec)、Class6(6MB/sec)等级别，高速的SD卡可以支持高分辨视频录制的实时存储。

SDHC卡的外形尺寸32×24×2.1mm(长×宽×高)，与SD卡一样，著作权保护机能等也和以前相同，但是由于文件系统被变更，以前只支持FAT12/16格式的SD设备存在不兼容现象，也支持FAT32(SDHC)的机器，这可以读取现存的FAT12/16格式的SD卡。

所有大于2G容量的SD卡必须符合SDHC规范，规范中指出SDHC至少需符合Class 2的速度等级，并且在卡片上必须有SDHC标志和速度等级标志。

在市场上有一些品牌提供的4GB或更高容量的SD卡并不符合以上条件，例如缺少SDHC标志或速度等级标志，这些存储卡不能被称为SDHC卡，严格说来它们是不被SD协会所认可的，这类卡在使用中很可能出现与设备的兼容性问题。

SDXC

SD协会在CES2009上展示了一款2TB容量的SDXC存储卡(SDeXtended Capacity)。

SDXC不但拥有超大的容量，而且其数据传输速度也不俗，据介绍，其最大的传输速度预期能够达到300MB/s。拥有超大容量的存储卡，那么以后用NDS烧录卡或者是用记忆棒马甲再或者其他方面的朋友就可随意往里面丢任何东西了，不过其数据安全性能如何暂时未清楚。这款SDXC存储卡采用的是NAND闪存芯片，使用了Microsoft的exFAT文件系统(vista的新文件系统)。

(1)SDXC存储卡的目前最大容量可达64GB。理论容量是2TB。

(2)支持UHS 104，一种新的超高速SD接口规格，新SD存储卡标准Ver.3.00种的最高标准，其在SD接口上实现每秒104MB的总线传输速度，从而可实现每秒35MB的最大写入速度和每秒60MB的最大读取速度。

(3)UHS104提供传统的SD接口--3.3VDS(25MHz)/HS(50MHz)，支持UHS104的新SDHC存储卡和现有的SDHC对应设备相兼容。

(4)SDXC存储卡只和装有exFAT文件系统的SDXC对应设备相兼容。它不能用于SD或SDHC对应设备。

(5)采用最可靠的CPRM版权保护技术。

(6)UHS104是一种新的超高速接口规格，数据总线传输速率为每秒104MB。这是SD新存储卡标准Ver.3.00中的最高标准。

(7)SDXC存储卡是SD协会于2009年4月定义的下一代SD存储卡标准，为满足大容量存储媒体的不断增长的需求，为丰富的存储应用提供更快的数据传输速率。新SDXC存储卡标准和提供4GB到32GB容量的SDHC存储卡标准相比，其所实现的容量可超越32GB，最大可达2TB(TB：terabyte，万亿字节，1TB＝1024GB)。

PCIe闪存卡

闪存卡(Flash Card)是利用闪存(Flash Memory)技术达到存储电子信息的存储器，一般应用在数码相机，掌上电脑，MP3等小型数码产品中作为存储介质，所以样子小巧，有如一张卡片，所以称之为闪存卡。而PCI-e闪存卡(PCI-Express)是最新的总线和接口标准，它原来的名称为“3GIO”，PCIe属于高速串行点对点双通道高带宽传输，所连接的设备分配独享通道带宽，不共享资源，主要支持主动电源管理，错误报告，端对端的可靠性传输，热插拔以及服务质量(QOS)等功能。

PCIe闪存卡生产商按品牌可分为：LSI、金士顿、索尼、晟碟、Kingmax、鹰泰、创见、爱国者、纽曼、威刚、联想、台电、微星、SSK等。

其原理是基于【NAND型闪存】，内存和NOR型闪存的基本存储单元是bit，用户可以随机访问任何一个bit的信息。而NAND型闪存的基本存储单元是页(Page)(可以看到，NAND型闪存的页就类似硬盘的扇区，硬盘的一个扇区也为512字节)。每一页的有效容量是512字节的倍数。所谓的有效容量是指用于数据存储的部分，实际上还要加上16字节的校验信息，因此我们可以在闪存厂商的技术资料当中看到“(512+16)Byte”的表示方式。2GB以下容量的NAND型闪存绝大多数是(512+16)字节的页面容量，2GB以上容量的NAND型闪存则将页容量扩大到(2048+64)字节。

PCIe交由PCI-SIG(PCI特殊兴趣组织)认证发布后才改名为“PCI-Express”，简称“PCI-E”。这个新标准将全面取代现行的PCI和AGP，最终实现总线标准的统一。其主要应用在服务器中的SSD(固态驱动器)中，PCIe闪存卡的供应商有很多，如IBM-TMS、英特尔、LSI、OCZ、三星(计划中)、SanDisk、STEC、SuperTalent和东芝(计划中)，其中以LSI生产的产品最为突出，质量和性能都是最佳。目前最新的版本为PCI-E3.0，也有还未退市的PCI-E(即1.0版)。2.0比1.0带宽提高一倍，而3.0比2.0版带宽又提升一倍，为5GHz x4。PCIExpress2.0规范的主要在数据传输速度上做出了重大升级，即从以前的2.5Gbps总线频率翻倍至5.0Gbps，这也就是说以前PCI Express2.0x16接口能够翻番达到惊人的10GB/s总线带宽(1GB/s＝8Gbps)。

当前，电脑与网络的速度飞速发展，海量的数据，如互联网；视频采集；雷达数据等等，无一不要求一个高速度，大容量数据存储系统。目前的普遍做法是使用体积庞大，功耗超高的磁盘阵列柜。虽然可以做到大容量，但远达不到CPU的处理速度要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种一体化固态阵列存储卡，为了做到高速度，大容量，小体积，低功耗的数据存储系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：采用具有PCIE3.0总线接口的RAID控制芯片，和多个(最大24个)SATA3或者SAS3接口的高密度的SSD模块(单一SSD模块容量最大2TB，速度400MB/S)，组成一个存储系统，并用RAID控制芯片的BIOS，设置为RAID0的方式运行，这样速度和容量都是单一SSD模块之和。再将所有硬件集成到一块卡上(如标准的PCIE卡或VPX卡)，这样很小的体积可以做到大容量(单PCIE卡16TB；单一VPX卡48TB)；高速度(读4000MB/S，写4000MB/S)；低功耗(小于40W)。而且RAID控制芯片的BIOS在电脑BIOS之前运行，可以控制多块这种存储卡在同一台电脑上运行。这样，又可以提高速度和容量。以满足更高的需求。

本发明的有益效果是，提供一种高速度和大容量的一体化固态阵列存储卡，达到现有技术解决不了的行业难题。

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

附图说明

图1表示本发明一体化固态阵列存储卡的原理框图；

图2表示本发明一体化固态阵列存储卡的实物组合图。

图中元器件名称：1.RAID控制芯片 2.NVSRAM 3.FLASHMEMORY 4.PCIE3.0总线 5.SSD模块 6.SAS3.0总线 7.基板 8.连接座。

实施方式

本发明是一种一体化固态阵列存储卡。

在图1中，多个SSD模块(5)通过SAS3.0总线(6)连接到RAID控制芯片(1)，RAID控制芯片(1)通过PCIE3.0总线(4)连接到电脑，(2)是NVSRAM，用以记录RAID缓存数据。(3)是FLASHMEMORY，存储Firmware和BIOS。当电脑开机后，即先运行RAID控制芯片的BIOS，按相应的键进入后，会显示每个SSD，设置好RAID后即可。

图2是实物组合图，在图2中，(7)是固态存阵列存储卡的基板，RAID控制芯片(1)贴片安装在基板上多个SSD模块(5)通过板到板连接座(8)固定。与基板形成一体。组装完成后的固态阵列存储卡的外观如同一块显卡，通过PCIE3.0总线(4)的金手指插装到电脑主板的PCIE插座即可。

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Claims

1.一体化固态阵列存储卡，由多个独立的SSD模块，通过RAID控制芯片，组成一个存储卡，其特征是：多个独立的SSD模块和RAID控制芯片集成于一片基板之上，由PCIE 3.0插槽与电脑相连，由RAID控制芯片以RAID 0或RAID 10等模式将多个独立的SSD模块组成固态阵列存储卡。

2.如权利要求1所述的一体化固态阵列存储卡，其特征在于：采用标准PCIE总线与电脑相连，多个独立的SSD模块用板到板等方式集成于基板之上，用SATA或SAS接口连到RAID控制芯片。

3.如权利要求1所述的一体化固态阵列存储卡，其特征在于：由RAID控制芯片以RAID 0或RAID 10等模式将多个独立的SSD模块的速度相加，容量相加，使其成为高速度，大容量的固态存储设备。