北京2022年6月28日 /美通社/ -- 隨著企業數字化轉型的快速發展，數據呈現爆發增長趨勢，大數據、云計算、AI等新興技術的發展使得數據來源和結構變得更加復雜多樣，基于數據的智慧應用不斷涌現，帶來了對數據存儲質量、傳輸速度等性能需求的提升。固態硬盤憑借著高性能及其價格的持續優化、綠色節能的特點，成為了IT核心基礎設施重要選擇，滿足數字經濟時代對高性能、高可靠、容量、綠色節能的需求。NAND Flash作為SSD閃存盤的基礎單元，就像是超市內部的貨架，其可靠性是存儲系統、數據中心穩定可靠的基礎保證，浪潮存儲堅持科技創新與工匠精神，結合用戶的場景要求，針對NAND Flash可靠性測試進行了全方位的探索和創新，不斷打磨優化確保SSD的高可靠性。

提升NAND可靠性  需要闖過“三關”

浪潮存儲基于大量的NAND測試數據，在反復探索和實踐推理過程中發現了企業級固體硬盤普遍面臨三個挑戰：

首先，NAND特性會影響數據的可靠性。例如NAND中未寫滿數據的塊因數據保存能力低會導致RBER ( Raw Bit Error Rate，原始比特錯誤率）升高，經過大規模NAND測試和數據分析，量化不同階段影響程度，可以制定出最優方法去減少影響并提升固體硬盤的可靠性。

其次是默認讀電壓未能最佳適配NAND特性不能滿足QoS（Quality of Service，服務質量）要求。大量實際業務讀寫場景中5K P/E（Program/Erase，寫入/擦除）下數據保存能力達到90天時就嚴重超出了LDPC（Low Density Parity Check Code，低密度奇偶校驗）糾錯能力，所以NAND測試需給出最優電壓來滿足服務質量要求；

第三是NAND廠商提供的Read Retry表如果不夠精細，不經實際測試校驗檢測使用會影響產品的服務質量。

全面NAND Flash測試為產品優化提供精準數據

浪潮存儲的研發團隊在研究分析全球主流NAND Flash所有特性后，針對NAND Flash測試分析制定了測試流程，并研發了一款測試分析儀，能給為產品的優化提供詳細數據，提升SSD的可靠性。

第一步是原廠屬性核驗，主要核驗原廠所提供的Timing、壞塊等原廠屬性數據的一致性和偏差閾值；第二步是NAND Flash特性極值摸底挖掘，主要是摸底First Read、最優讀取電壓等屬性的極值；第三步是最優讀電壓的驗證和優化以及LLR Table（Log likelihood ratio table，對數似然比表）的生成，考慮到同型號不同批NAND也存在部分細微差異，對同一型號每一批次NAND Flash都要進行充分驗證以保證測試數據的準確性，為了更加全面準確的獲取測試結果，浪潮存儲自主研發了NAND Prober HX9000測試分析儀。

NAND基礎屬性核驗

在NAND基礎屬性測試方面，主要關注Timing時序、壞塊分布和功耗測試Power Consumption等測試項目。其中Timing測試中會在不同條件下測試讀、寫和擦，例如在不同PE、不同溫度、不同位置獲取最優的Timing值給固件性能調優提供基礎數據；壞塊測試主要關注壞塊分布和壞塊率，為固件元數據設計以及性能一致性設計提供數據；功耗測試針對讀寫擦，包含Single、Mulit-plane操作，獲取平均功耗和峰值功耗，峰值功耗是平均功耗的2~3倍，單個峰值持續時間微秒級別， 硬件需要針對電源及噪聲做設計，固件可以限制并發，避免大量峰值功耗涌現。

NAND特性極值挖掘

NAND基礎特性測試包含首次讀、未寫滿塊、空擦除、最優讀電壓、LLR table等方面內容，浪潮存儲正是基于對這些基礎特性的極值的探索，持續優化產品，提升固體硬盤的可靠性。

在First Read方面的優化，是考慮閃存顆粒中短時間不讀的數據塊（Block），第一次讀取時會存在BER（Bit Error Rate，比特誤碼率）會比較高的狀況，周期刷新可以有效的預防此類問題、通過測試驗證不同溫度下的刷新周期和專用命令和pSLC dummy（portion Single Level Cell，部分單層存儲單元）命令有效性，刷新優化不同型號NAND周期。

塊（Block）是NAND Flash中可的擦除的最小單位，由若干個可以讀寫數據的頁（Page）組成，這也意味著有些塊中會出現只有部分頁寫滿了數據，但是系統為了保存這些頁內的數據未對整個塊就行擦除，就出現了未寫滿的塊（Open Block）, 在固件使用過程中不可避免。

相比寫滿數據的塊（Close Block），未寫滿塊的數據保存能力會降低。此部分測試的目標就是要對不同寫入量數據塊進行不斷的寫入和擦除，在不同情況下測試讀干擾和數據保持能力對可靠性的影響，探索能夠保障數據塊最強保存能力的最優讀電壓和最佳的空擦除次數，為FW設計開發優化進行指導，從而實現NAND實現最高的可靠性。

獲取最優讀電壓至關重要，因不準確電壓會影響產品的性能吞吐量、QoS和UBER，主要有兩種方式可以獲取，一種是固定讀電壓離線獲取離線訓練，FW使用相對簡單，但對NAND一致性要求較高；另一種是動態更新最優讀電壓，FW要周期性找到最優讀電壓，缺點是獲取過程中對Qos有影響，但通用性更好。根據不同型號的NAND一致性的實際數據，可以選擇獲取最優讀電壓的最佳方式。

參數表驗證調優

獲取最優讀電壓參數后，仍需要進行多輪的驗證和優化，包括基于實際NAND信道生產LLR table，LDPC 軟解碼的算法可以利用NAND Flash的數據和LLR table數據提升糾錯能力和性能。LLR生成的主要過程是通過NAND測試儀器生成LLR相關數據，再采用專用LLR工具生成LLR table，然后將LLR table放到LDPC仿真環境中驗證和產品的調優。

為了快速、準確、批量化測試分析NAND Flash各類特性，浪潮自主研發了高度模塊化的NAND Prober HX9000測試分析儀，支持SLC/MLC/TLC/QLC等多種存儲單元的閃存顆粒的NAND特性測試，具有高精準、簡潔易用的用戶界面，可以滿足進行閃存介質特性分析、穩定性追蹤、壽命檢測、算法優化和測試等應用，為產品的優化提升了準確性和效率。

浪潮存儲采用了行業領先的智能高溫控制器和自主創新的P/E 塊讀寫算法并行收集閃存介質的實時狀態，支持NAND介質High Level、Low Level指令集，圖形化界面，全方位監測介質實時狀態，通過開放的API（Application Programming Interface，應用程序接口）接口，為用戶提供自定義的介質特性控制、監測和狀態數據收集服務，設備購置和擁有成本有效的進行了降低，通過使用NAND測試分析儀，提升了閃存主控芯片的設計、性能優化、介質壽命管控效率，有效提升主控芯片特性、優化SSD整盤性能和可靠性，同時可以用于存儲介質的新特性和新材料研究，支撐對傳統介質新特性和新介質新特性的測試、收集和分析，為未來產品的開發提供了重要支撐和保障。

可靠性提高30%以上

浪潮SSD通過嚴謹苛刻的測驗優化，產品的各項規格指標已經達到業界領先，再通過測試在不同PE、Retention、Read Disturb組合下去找最優電壓，使得采用的NAND壽命和可靠性可以提高到30%以上，QoS水平可以達到99.99%，處于業內領先水平，同時做到整個生命周期內性能保持不變，用戶整體TCO降低20%以上。

浪潮在存儲基礎領域不斷下沉研發創新，將底層硬件關鍵核心部件技術與整機系統技術進行結合，發揮閃存的高效、可靠、綠色的優勢，結合客戶應用場景，以技術創新優化產品方案助力關鍵行業實現突破應用，全面釋放數據價值，加速數字化轉型。