台灣三大固態硬碟控制器設計廠商之一的 SMI，去年曾展出新一代控制器產品 SM2256，宣稱針對 TLC 和先進製程快閃記憶體強化設計，所具備 NANDXtend 技術可以使 TLC 顆粒提升 3 倍耐用度。SM2256 已於日前正式發表推出，原廠並提供測試樣品機予以測試評估之用，讓我們來看它能有何等性能表現。
主流效能市場由外商壟斷，台廠從入門產品反攻
大約半年前，我們在「2014 年固態硬碟新趨勢，TLC 顆粒將成為低價市場主流？」一文，提及市場調查研究機構 DRAMeXchange，指出 2014 年固態硬碟發展趨勢之一，是 TLC 顆粒應用普及度將會提高。雖然這段時間內除了 SanDisk 新加入之外，並沒有更多廠商實際投入市場，但確實有不少廠商內部正在進行開發評估。
另一造，是台灣固態硬碟控制器設計廠商，相當積極開發新一代產品，企圖搶下更多的價格導向產品市場。當時介紹到， SMI（Silicon Motion，慧榮科技）、Phison（群聯電子）這兩家，曾於國外儲存設備相關活動展出新控制器產品，型號依序分別為 SM2256 與 PS3110。其中 SMI 於日前正式發表推出 SM2256，並主動提供自家開發測試樣品，讓我們進行測試評估。
台系控制器重新展露頭角，工程樣品嘗鮮體驗
▲ SMI 官方所提供 SM2256 控制器測試樣品。
一款固態硬碟控制器，從開發完成、導入量產，提供給予固態硬碟廠商測試驗證，直到讓實體產品上市是需要點時間。因此 SMI 搶在採用此設計方案的固態硬碟廠商，各自送測正式量產市售產品之前，自行提供內部樣品給予媒體，說來也不是什麼太令人驚訝的事。
不過基於是官方內部測試樣品的關係，這款 SM2256 樣品可沒有光鮮亮麗的外觀設計，仔細看像是隨手抓了個 2.5 吋外殼來搭配。除了只將電路板簡單固定在上面，也沒鎖上完整外蓋就來到了我們手中，這可真是熱騰騰新鮮出爐。
首先簡單來環顧一下這款樣品，可看出 SM2256 公版電路設計，在正反面各能配置 8 顆快閃記憶體，總數最多為 16 顆，此外背面有 2 個動態隨機存取記憶體焊點。其電路設計布局和多數市售產品相仿，只是多了幾個測試接點/連接器、跳針（Jumper），這些測試驗證過程中會用到的連結介面。
▲ SMI SM2256 工程樣品，正面配置控制器與 8 個快閃記憶體焊點。
▲ SMI SM2256 工程樣品，反面配置 2 個動態隨機存取記憶體、另外 8 個快閃記憶體焊點。
片面規格改變有限，實質進化在於核心
▲ SMI SM2256 控制器樣品實際外觀。
SMI 過去大多著重在 4 通道控制器開發，這款 SM2256 是最新一代當家產品，仍然沿用此規格設計。其傳輸介面為典型的 SATA 6Gb/s（Revision 3.1）規格，除了支援 AES 128 / 256、TCG Opal 加密標準，還具備時下比較新的 LDPC ECC 校錯機制。其餘通俗的特徵規格，還有支援 DevSleep 省電模式、NCQ（Native Command Queuing，原生命令緒列）、Trim 等等，規格並不會亞於舶來品。
其內部整併 32bit 版本 RISC 處理器核心，並具有獨立的 SRAM、ROM 等單元，此外需要搭配動態隨機存取記憶體，可相容支援 DDR3 與 DDR3L 規格顆粒。就基本規格而言，SM2256 和前一代的 SM2246EN 極為相近，較大差別在於 SM2246EN 另外可支援 DDR2 記憶體，而 SM22566 新導入 LDPC ECC 錯誤修正碼。
▲ SMI SM2256 控制器架構示意圖。
▲ SMI SM2246EN 控制器架構示意圖。
SMI 一再強調快閃記憶體搭配支援能力，SM2256 相容於 ONFI 3.0、Toggle 2.0 規範，意指 Micron 與 Toshiba 雙方陣營的顆粒產品皆可通吃，而且支援目前已經較少廠商採用的非同步傳輸模式。而每個資料傳輸通道，最多可控制 8 個快閃記憶體裸晶圓（即相容 8CE 堆疊封裝顆粒），得以彌補傳輸通道數量落差，並且組建出大容量產品。
SM2256 與 SM2246EN 兩者，規格表列皆可支援 MLC 和 TLC 類型顆粒，而且可為採用 1x、1y、1z、2x、2y 世代製程生產的產品，這讓兩者看來又極為相同。關鍵差異在於 SM2256 除了新增支援 3D 快閃記憶體，還另外具備全新的 NANDXtend 技術功能，藉以強化 TLC 顆粒搭配應用的可靠度。
▲ SM2256 主打賣點之一是支援 TLC 快閃記憶體，測試樣品是選用 Samsung 的 19nm 製程 TLC 顆粒。
導入多層級 ECC 機制，克服半導體技術挑戰
TLC 顆粒簡直讓玩家聞之色變，依晶圓廠商篩選標準而定，設計理論耐用度落在 500～1500P/E 範圍，和 MLC 當前普遍的 3000P/E（P/E Cycle）規格相較下，無可否認令人存疑。不過在 Windows 環境典型應用條件下，約等 1000P/E 規格的 TLC 顆粒用作於固態硬碟，就簡單的數學加乘法來計算，還是得以撐過產品本身所提供保固期限。
當然了，產品真實耐用度牽扯到相當多變因，不是三言兩語就能解釋清楚，這邊就不去加以深入探究。總而言之，即便是玩家稱讚的 SLC 顆粒，資料存取過程中仍然會出現錯誤，因此需要透過 ECC（Error Correction Code，錯誤修正碼）進行偵錯、修正等作業。ECC 普遍應用於各式儲存產品、資料傳輸，即便是傳統硬碟也有配備，只不過硬碟廠商不太會提及這點。
▲ SMI SM2256 NANDXtend 解錯修正技術機能架構示意圖。
相較於傳統的 BCH（Bose Chaudhuri Hocquengham Code）錯誤修正碼，新一代 LDPC（Low Density Parity Check）成為半導體製程演進，乃至於 TLC 顆粒與 3D 電晶體等應用，多方廠商逐漸倚重的錯誤修正碼標準。LDPC 發源和 BCH 同樣早在數十餘年前，但針對此類應用的編碼、解碼效率更高，甚至是同位元（parity bit）占用量也比較少（以 bit 為單位），因此成為產業未來發展應用的重點。
SMI 以 LDPC 為基礎，構成 NANDXtend 解錯修正技術機能，藉以提升資料讀取正確性。其除錯結構分為 3 個層級，當資料讀取出現錯誤會依序由 LDPC 硬體解碼、LDPC 軟體解碼、RAID Data Recovery 等，這 3 個層級依序嘗試修正錯誤，以確保所讀取出來的資料正確性。SMI 官方宣稱，該技術能讓 TLC 顆粒耐用度，提升相當於 3 倍的理論抹寫次數，使可靠度與成本達到最佳平衡點。
（下一頁還有：SMI SM2256 效能實測驗證）
