Intelligent Power Shield

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。

正常なシャットダウンはホストからSSDのコントローラへコマンドが発行され、SSDのコントローラがホストに応答を行うと、DRAMキャッシュに置かれていたデータをNANDフラッシュに書き込みます。(図1参照)

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

電源断時にデータ破損/消失が発生する恐れのあるポイントは図2が示すように幾つか挙げられます。

トランセンドのIntelligent Power Shield (IPS)はデータ破損/消失のリスクを最小限に抑え、データの整合性を保つために考え出されました。

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には電圧検出器が搭載されており、ホストから供給される電圧レベルを監視しています。電源断により、電圧レベルが5Vから4Vに低下すると、IPSはコンデンサに貯められている電力を利用してDRAMキャッシュにあるデータをNANDフラッシュに書き込みます。電圧レベルが2.3V未満になると、NANDフラッシュは書込み防止モードとなり、データの書込みができなくなります。(図3参照)

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。(図4参照)

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NANDフラッシュへのデータ書込みを完了させることができます。

トランセンドのIPS

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。(下表参照)

  IPS搭載 IPS非搭載
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。 電圧が4Vまで下がると、コンデンサは放電を開始し、SSDのコントローラは新たな書込みコマンドを受け取らない。
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のコントローラはホストからの新たな書込みコマンドを受け取らない。

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DRAMにコマンドを書き込む。
  2. 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。
  3. 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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