Intelligent Power Shield (IPS) & Power Shield (PS)

概要

SSDには書込むデータを一時的に保管するためのDRAMキャッシュを搭載している製品があります。これにより、データ処理の速度を上げ、パフォーマンスを向上させることができますが、DRAMキャッシュは電源が失われるとデータが保持できないため、一時保管したデータをNANDフラッシュに書き込む間、電源を供給し続ける必要があります。

適切なシャットダウンは、ホストからSSDコントローラに書込みコマンド発行後に電源を切断します。コントローラはホストに確認信号を送信し、DRAMキャッシュに一時的に貯められているデータをNANDフラッシュに書き込みます。

しかし、電源断が発生すると、ホストからコマンドが発行されないため、転送中のデータはNANDフラッシュへの書込みを完了させることができなくなります。これにより、データの不整合や破損/消失が発生し、SSDが正しく動作できなくなります。

電源断によるリスク

予期しない電源断が発生した場合、次のようなフローでデータ破損・消失が発生する可能性があります。

トランセンドのIPSは、データ破損のリスクを最小限に抑え、データの整合性を確保できるように設計されています。

IPSとは

IPSは動作電圧が5VでDRAMキャッシュ搭載のSSDの電源断対策です。コンデンサを追加搭載させることにより、電源断発生から電源が完全に消失するまでの時間を延ばし、DRAMキャッシュからNANDフラッシュへのデータ書込みを完了できるようにしています。追加コンデンサはコンピュータからの電力をバッテリーのように貯めておき、電源断発生時にSSDに電力を供給して書込みを完了させます。

IPSの仕組み

SSDには、ホストからの電圧レベルを常に監視している電圧検出器があります。電源断が発生して電圧が5Vから4Vに低下するとIPSが作動します。この段階でIPSはNANDに保存されたデータが破損していないことを確認し、DRAMキャッシュからNANDフラッシュにデータを書き込むための電力をコンデンサから供給します。電圧が2.3Vを下回ると、NANDフラッシュは書込み保護モードになり、データを書き込むことができなくなります。

IPS非搭載品との違い

IPS搭載製品は電源断発生から書込み防止モードとなるまでの時間が長くなり、DRAMキャッシュに貯められていたデータをNANDフラッシュに書き込めるようになります。

IPS非搭載のSSDの場合、2msで2.3Vに低下してしまうのに対し、IPS搭載のSSDは75msの猶予があるので、より多くのデータをNANDフラッシュへ書き込むことができます。

PSの仕組みとIPSとの違い

PSは電源断時にNANDフラッシュに保存されているデータを保護するための仕組みで、トランセンドの組込み向けSSDに搭載されています。コントローラ内部の電圧検出回路が外部電源を監視し、その電圧が5Vから4Vまたは3.3Vから2.7Vに低下すると、PSを作動させ、コントローラが新たな書込みコマンドの受け付けないようにし、NANDフラッシュのファームウェアとデータに損傷がないことを確認するために、書込み処理を停止します。IPSとは異なり、PSの場合は、多くのデータを書き込むための時間延長はありません。

トランセンドのIPS & PS

トランセンドはIPSが正しく作動するよう高品質の電圧検出器を使用しています。また、厳しい環境下でも安定動作できるようポリマータンタルコンデンサを採用しています。

PSは追加コンデンサを必要としませんが、SSD内部の電圧検出回路により、ホストから供給される電力を監視します。電源断が発生して電圧が低下すると、SSDの電圧検出回路がPSを作動させます。これにより、SSDコントローラはNANDフラッシュへのデータ書込みを停止し、NANDに保存されたデータが破損しないようにします。

  IPS PS
ハードウェア 電圧検出器と追加されたコンデンサにより4Vから2.3Vに降下するまでの間にDRAMキャッシュに貯まったデータをNANDフラッシュに書き込む。 外部電圧が特定のレベルまで低下すると、コントローラ内部の電圧検出回路がPSを作動させ、SSDコントローラがフラッシュへの新たな書込みコマンドの受け付けを停止する。
ファームウェア IPSが作動すると、ファームウェアは自動でDRAMキャッシュのデータをNANDフラッシュへ書き込む。 SSDコントローラはホストからの新たな書込みコマンドの受け付けを停止し、NANDフラッシュに保存されているデータの整合性を確保する。

高い信頼性を確保するために、トランセンドのIPS技術はSSDテスターを使用して電源断対策メカニズムを以下の方法により確認しています。

  1. ホストからSSDコントローラに書込みコマンドを発行する。
  2. SSDコントローラはDRAMキャッシュにデータを貯める。
  3. テスターがホストの電源をオフにし、電圧検出器が4Vを検出後にDRAMキャッシュに貯められているデータをNANDフラッシュに書き込む。
  4. テスターがホストの電源をオンにし、ホストとNANDフラッシュのデータを比較する。データの不一致が検出されると、“miscompare”が表示される。

トランセンドのIPSはこの試験を3,000回実施しましたが、一度のデータの不一致は検出されませんでした。

まとめ

トランセンドのSSD製品は独自の電源断対策メカニズムにより、データ破損/消失の発生を低減させ、信頼性の高いデータ転送を提供します。

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