Kingston eMMC ด้านหน้าของเคสเครื่องสีดำ

การประมาณการ การยืนยัน และการตรวจสอบวงจรอายุของ eMMC

ม.ค. 2023
หน้าแรกของบล็อก
กระบวนการต่าง ๆ ถูกจัดการโดยบัส NAND

สื่อบันทึกข้อมูลแฟลช NAND ไม่ใช่แค่ตัวกลางในการอ่าน/เขียนข้อมูลทั่ว ๆ ไป สำหรับงานที่ต้องการความน่าเชื่อถือควรมีการปรับใช้กับอัลกอริทึมต่าง ๆ: ระบบจัดการบล็อคข้อมูล NAND ระบบจัดเก็บข้อมูลขยะ ระบบควบคุมข้อผิดพลาดและระบบกระจายการสึกหรอ แฟลช NAND รุ่นใหม่ ๆ มีระบบการจัดการผ่านอัลกอริทึมของอุปกรณ์จัดเก็บข้อมูลซึ่งไม่ได้ทำงานจากโปรเซสเซอร์ที่เป็นโฮสต์ ซึ่งจะทำให้เกิดประโยชน์กับผู้ใช้ เนื่องจากการจัดการ NAND จะมีความซับซ้อนสำหรับโฮสต์น้อยกว่าและทำให้การดูแลและจัดการผลิตภัณฑ์ง่ายขึ้น

การเขียนข้อมูลไปยังแฟลช NAND ของโฮสต์อาจทำให้ส่วนประกอบเกิดปัญหาในการทำงานเร็วขึ้น หน่วยที่เล็กที่สุดของ NAND คือเพจซึ่งสามารถอ่านและเขียนโปรแกรมการทำงานได้แต่ไม่สามารถลบได้ หน่วยเชิงโครงสร้างเพียงอย่างเดียวที่สามารถลบได้คือบล็อคข้อมูลซึ่งประกอบไปด้วยเพจข้อมูลต่าง ๆ ที่รวมไว้ด้วยกัน เพจจึงไม่สามารถเขียนทับได้จนกว่าบล็อคข้อมูลจะถูกลบทิ้ง บล็อคข้อมูลอาจเกิดปัญหาได้ในระยะยาวเมื่อระดับความทนทานถึงค่ากำหนด นอกจากนี้ข้อบกพร่องในการผลิตยังอาจทำให้ส่วนประกอบเสียหายก่อนเวลาได้

แฟลช NAND มีวงจรอายุการเขียนโปรแกรมและลบข้อมูลที่จำกัด เมื่อถึงขีดจำกัดอุปกรณ์จะอยู่ในสถานะ EoL หรือไม่สามารถทำงานได้อย่างมีเสถียรภาพอีกต่อไป ความทนทานจะแตกต่างกันไปตามโครงร่างการทำงานของเซลล์ NAND

โครงร่างการทำงานแบบ Single Level Cell: เป็นแบบที่มีความทนทานมากที่สุดและมีข้อผิดพลาดน้อยที่สุด

eMMC LBA 512B Sector Address

 NAND Page & Block Address
0:31 Blk10, Pg101
32:63 Blk10, Pg102
64:95 Blk10, Pg103
96:127 Blk10, Pg104
128:159 Blk15, Pg57
160:191 Blk8, Pg129
192:223 Blk10, Pg107
224:255 Blk22, Pg88

eMMC จะอ่านและเขียนข้อมูลที่เซ็คเตอร์ขนาด 512 ไบต์ในทางตรรกะไม่ใช่ในเชิงภายภาพ ที่อยู่ของเซ็คเตอร์จะเรียกเป็น Logical Block Addresses หรือ LBA เมื่อมีการแก้ไขข้อมูลจะไม่สามารถลบบล็อคข้อมูล NAND ทั้งหมดได้ ทำให้เกิดการสึกหรอโดยไม่จำเป็นต่อเพจข้อมูลที่ไม่ได้มีการเปลี่ยนแปลงอะไร รูปแบบผังโครงสร้าง LBA-PBA (Physical Block Address) รองรับการเขียนข้อมูลน้อยกว่าเพื่อปรับสมดุลการสึกหรอของบล็อคข้อมูล วิธีนี้คือการกระจายการสึกหรอของชิ้นส่วน ตารางแปลงที่อยู่ (Address Translation Table) จะใช้เพื่อเชื่อมโยง LBA เข้ากับ PBA กระบวนการนี้เป็นการปรับสมดุลการสึกหรอของบล็อคข้อมูลและทำให้ความเร็วในการเขียนข้อมูลดีขึ้น

กระบวนการเทียบผังโครงสร้างที่อยู่มีดังนี้

  • เซ็คเตอร์ eMMC มีขนาด 512 ไบต์ ส่วนเพจ NAND มีขนาด 16kb ตารางผังโครงสร้างจะจัดกลุ่มที่อยู่ 32 เซ็คเตอร์แบบเรียงลำดับเป็นหน่วยเพจข้อมูล
  • หากเซ็คเตอร์ในกลุ่มเพจถูกแก้ไข ชุดควบคุมจะอ่านกลุ่มเซ็คเตอร์ทั้งหมดสำหรับเพจดังกล่าว อัพเดตเซ็คเตอร์ที่มีการแก้ไข จากนั้นจะเขียนโปรแกรมข้อมูลใหม่กลับเป็นเพจใหม่
  • หลังจากเขียนโปรแกรมเพจข้อมูลที่มีการอัพเดต ตารางดังกล่าวจะถูกอัพเดตไปด้วยและเป็นการเขียนทับรายการก่อนหน้าเป็นที่อยู่บล็อคและเพจข้อมูลของเพจ NAND ที่มีการอัพเดต
  • แม้ว่าจะมีเพียงเซ็คเตอร์เดียวที่ถูกแก้ไข แฟลช NAND จะต้องเขียนโปรแกรมเพจข้อมูลทั้งหมด ปัญหานี้เรียกว่า Write Amplification สัดส่วนการเขียนข้อมูลของแฟลช NAND กับการเขียนข้อมูลในระดับ eMMC เรียกว่า WAF (Write Amplification Factor)

การเขียนข้อมูลจำนวนเล็กน้อยซ้ำ ๆ ที่ไม่ใช่ระดับเพจมักจะเป็นปัญหาสำคัญของการเกิดภาระในการเขียนข้อมูล (Write Amplification) เพื่อลดภาระจาก WAF การเขียนข้อมูลจึงมีการปรับประสานกันในขอบเขตของเพจข้อมูลในระดับกลุ่มเพจข้อมูลที่รวมเข้าด้วยกัน ขนาดหน่วยการทำงานที่เหมาะสมนี้เรียกเป็น Optimal Write Size ของรีจิสเตอร์ Extended CSD

สูตรในการคำนวณ Total Bytes Written หรือ TBW ไม่ได้ยุ่งยากอะไร:

(ความจุของอุปกรณ์ * ตัวแปรความทนทาน) / WAF = TBW

โดยส่วนใหญ่ WAF จะอยู่ระหว่าง 4 และ 8 แต่ก็จะขึ้นอยู่กับการเขียนข้อมูลของเครื่องโฮสต์ด้วย เช่น การเขียนข้อมูลตามลำดับเป็นจำนวนมากจะมีค่า WAF น้อยกว่า ในขณะที่การเขียนบล็อคข้อมูลเล็ก ๆ แบบสุ่มจะมีค่า WAF ที่สูงกว่า การทำงานเช่นนี้จะทำให้อุปกรณ์จัดเก็บข้อมูลเกิดความเสียหายก่อนกำหนด

เช่น 4GB eMMC ที่มีตัวแปรความทนทานที่ 3000 และ WAF ที่ 8 จะเท่ากับ:

(4GB * 3000) / 8 = 1.5TB

Total Bytes Written ของอุปกรณ์ eMMC คือ 1.5TB ดังนั้นเราจะสามารถเขียนข้อมูลได้ทั้งหมด 1.5TB ตลอดอายุการใช้งานผลิตภัณฑ์ก่อนที่จะเข้าสู่สถานะ EoL

ในการประมาณการ TBW ของคุณ ให้พิจารณาการใช้งานอุปกรณ์ในแต่ละวันเป็นเกณฑ์ เช่น การทำงานที่มีการเขียนข้อมูลวันละ 500MB (วงจรอายุการใช้งานเป้าหมายที่ 5 ปี) หมายถึงอุปกรณ์จะมีระดับ TBW ที่มากกว่า 915GB:

0.5GB * 365 = ~183GB ต่อปี หรือ 915GB ในช่วง 5 ปี

TBW สามารถใช้เพื่อระบุระดับ WAF สูงสุดที่เป็นไปได้สำหรับอุปกรณ์ เนื่องจาก TBW = (DC * EF) / WAF หากอายุการใช้งานอุปกรณ์ของคุณไม่ถึงระดับ TBW สำหรับรูปแบบการใช้งานของคุณ คุณสามารถปรับปรุงการทำงานให้ดีขึ้นได้ ลองเลือกใช้โหมด Pseudo Single Level Cell ที่จะช่วยเพิ่มความทนทานได้นับสิบเท่าโดยการปรับเปลี่ยนอุปกรณ์จาก TLC หรือ MLC เป็นโหมด single bit per cell อย่างไรก็ตามวิธีการนี้จะทำให้ความจุในการใช้งานลดลงอย่างมากหรือ 50% สำหรับอุปกรณ์ MLC แบบ two bit per cell และมากกว่า 66% สำหรับอุปกรณ์ TLC แบบ three bit หากวิธีนี้ไม่เหมาะกับคุณ สามารถเลือกใช้อุปกรณ์ที่มีขนาดใหญ่ขึ้นเพื่อรองรับงานในระดับเดียวกันนี้แทน อุปกรณ์ที่มีความจุเป็นสองเท่าจะมีระดับ TBW เป็นสองเท่า

อัลกอริทึม eMMC ของ Kingston จะมีตัวแปรภาระในการเขียนข้อมูลที่ต่ำ เรามีโครงร่างการทำงานแบบต่าง ๆ ในการปรับสมดุลระหว่างประสิทธิภาพ อายุการใช้งานและเสถียรภาพในการทำงาน สามารถตรวจสอบอุปกรณ์ได้โดยใช้เครื่องมือประเมินอายุการใช้งานของ JEDEC จาก EXT_CSD ซึ่งเป็นคุณสมบัติการทำงานที่แชร์ใช้ระหว่างอุปกรณ์ eMMC ทั้งหมด อายุการใช้งานจะแจ้งเป็นหน่วยละ 10% ตามความทนทานของอุปกรณ์ เครื่องมือตัวหนึ่งอาจมีการแจ้งอายุของบล็อคข้อมูลแฟลช NAND ที่กำหนดค่าแบบ TLC หรือ MLC ในขณะที่อีกตัวอาจแจ้งอายุการใช้งานของบล็อคข้อมูลที่กำหนดค่าเป็นโหมด pseudo-SLC Kingston eMMC จะมีชุดคำสั่งของผู้จัดจำหน่ายที่จะทำหน้าที่แจ้งอายุเฉลี่ยของบล็อคข้อมูลสำหรับตัวอุปกรณ์ ซึ่งจะมีความแม่นยำกว่าเครื่องมือของ JEDEC แต่ต้องมีการพัฒนาระบบซอฟต์แวร์รองรับสักเล็กน้อย หรือคุณสามารถส่งอุปกรณ์ที่ใช้งานแล้วของคุณให้แก่ Kingston เพื่อทำการวิเคราะห์อย่างละเอียด

#KingstonIsWithYou

promo embedded

ถามผู้เชี่ยวชาญ

การวางแผนโซลูชั่นที่เหมาะสมต้องอาศัยความเข้าใจเกี่ยวกับสิ่งที่งานและระบบของคุณต้องการ ให้ผู้เชี่ยวชาญจาก Kingston คอยแนะนำคุณ

ถามผู้เชี่ยวชาญ

วิดีโอที่เกี่ยวข้อง

การออกแบบผลิตภัณฑ์ฝังตัวเพื่ออายุการใช้งานที่ยาวนาน 51:35

การออกแบบผลิตภัณฑ์ฝังตัวเพื่ออายุการใช้งานที่ยาวนาน

อายุการใช้งานที่ยาวนานของผลิตภัณฑ์เป็นปัญหาสําคัญสําหรับการใช้งานแบบฝังตัวจํานวนมากซึ่งโดยทั่วไปจะต้องใช้อายุการใช้งาน 7-10 ปี เมื่อพิจารณาถึงความก้าวหน้าและการเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วของเทคโนโลยีความยั่งยืนในระยะยาวของผลิตภัณฑ์ฝังตัวอาจเป็นเรื่องที่ท้าทาย

การประเมิน ตรวจสอบและติดตามวงจรอายุการทำงานของ eMMC 14:38

การประเมิน ตรวจสอบและติดตามวงจรอายุการทำงานของ eMMC

สิ่งสำคัญคือการเข้าใจว่าแฟลช NAND ใน eMMC มีการจัดการอย่างไรในอุปกรณ์รุ่นใหม่ ๆ และความเชื่อมโยงต่ออายุการใช้งาน คู่มือชุดนี้จะช่วยให้นักออกแบบและวิศวกรเข้าใจวิธีการประเมินและตรวจสอบอายุการใช้งานของอุปกรณ์จัดเก็บข้อมูล eMMC ในเครื่องของตน

ประตูพร้อมป้าย South Seas LLC และ mini PC ที่ติดตั้ง Kingston SSD ไว้ 4:50

Kingston ช่วย South Seas Data ในการสร้างชื่อเสียงเป็นที่ยอมรับด้านความน่าเชื่อถือได้อย่างไร

ความสัมพันธ์ระหว่าง South Seas Data และ Kingston นำไปสู่ความสำเร็จที่ยิ่งใหญ่ได้อย่างไรและเพราะเหตุใด

การปรับระดับการเสื่อมสภาพ eMMC (Wear Levelling) 3:13

การปรับระดับการเสื่อมสภาพ eMMC (Wear Levelling)

อุปกรณ์บันทึกข้อมูล eMMC จะมีบล็อค NAND จึงจะเสื่อมสภาพไปเรื่อยๆ ตามการใช้งาน การปรับระดับการเสื่อมสภาพจะช่วยยืดอายุการใช้งานของ eMMC โดยเลือกใช้บล็อคจัดเก็บข้อมูล “ที่มีการใช้งานน้อย” ก่อน

บทความที่เกี่ยวข้อง

หน้าแรกของบล็อก