Datalagring er afgørende for ethvert it-system og enhver it-applikation. Stabilitet og pålidelighed af memory-produkter som SSD’er og lignende er afgørende for den sikre opbevaring og read-/write af data
Artiklen har været bragt i Aktuel Elektronik nr. 10 – 2025 og kan læses herunder uden illustrationer
(læs originaludgaven her)
Af Stanley Huang, vicedirektør for marketing, SSD-controllere, Silicon Motion
Solid State Disks (SSD’er) er blevet uundværlige i pc’er og laptops. SSD-controllerchips er kernen i SSD-lagringsmedier, hvor de er både hjerne og nerver i SSD’erne. Controllerne styrer adgang og transmission af data mellem SSD og vært samt til styring af blokkene af flash-memories. Kvaliteten af SSD-controllerne påvirker dermed i høj grad ydelsen, pålideligheden og levetiden for SSD-lagringsmedierne. Med hensyn til dagens SSD-applikationer så ledsages behovet af stabilitet og pålidelighed i SSD-controllerne med tendenser i retning af højere memory-kapaciteter og en større datatæthed i SSD-lagringsmedierne.
For at opfylde de støt stigende behov for større memorykapacitet så giver QLC (Quad-Level Cell) flash-memories en højere lagringstæthed, og 3D-stacking teknologi med over 200 lag indbygget i SSD-memoryprodukter. Resultatet er, at dagens SSD-memories i pc’er og notebooks har massivt større kapaciteter end tidligere. Memory-størrelser i Terabyte-niveauet er nu ret almindelige op til 4TB.
Den massive stigning i memory-tætheden i flash-memoryen fører dog også til alvorlige read/write-forstyrrelser samt en forringet opretholdelse af data. SSD-controllerkomponenterne skal derfor sikre en langt mere præcis og pålidelig adgangskontrol med velfungerende fejlretningsmekanismer. Kun med disse forholdsregler kan SSD-lagringsmedier simultant opfylde behovet for øget kapacitet, højere ydelse, levetid og pålidelighed.
For at sikre ydelsen og stabiliteten i SSD-lagringsmedier uanset omgivelserne så indeholder Silicon Motions Client SSD-controllere kvaliteter som kompatibilitet og et lavt energiforbrug, så controllerne kan tilpasses forskellige applikationsscenarier. Multiple access-management, acceleration og databeskyttelsesfunktioner er integreret side om side med sikkerhedsmekanismerne. Udfordringen ligger i at garantere, at disse funktioner, der er designet ind i SSD-controllerne, kan give rigeligt med ydelse i praktiske miljøer. Det kan dog kun realiseres gennem en omfattende verificeringsproces, der i rigelig grad sikrer både kvalitet og den praktiske implementering i applikationen for SSD-controlleren.
Udfordringer i client SSD-controllere
Ud over de gængse udfordringer, som applikationen kan udsætte SSD-controlleren for, er der en række yderligere krav, som SSD-controlleren skal opfylde.
Afhængigt af applikation og miljø kan SSD-controllere kategoriseres i flere typer, der spænder fra enterprise/forretningsbrug over clients til industrielle- og automotive niveauer, der hver især er specifikt tilpasset miljøer som datacentre, pc/notebooks, industriel kontrol og automotive applikationer. Sammenlignet med andre applikationsmiljøer bruger pc’er- og notebooks client SSD-controllere i et relativt åbent applikationsmiljø. Denne åbenhed giver ret komplekse kompatibilitetsproblemer for mange SSD-controllere med henblik på den omfattende portefølje af operativsystemer, BIOS, drivere og PCle-periferikomponenter. Det medfører i sagens natur adskillige mulige samspilsproblemer og dermed også yderligere udfordringer for den stabile drift af SSD-controlleren. Som en konsekvens er en meget omfattende verificeringsproces nødvendig for at sikre kompatibilitet og stabilitet af SSD-controlleren.
Omfattende verificering sikrer kvaliteten
Med kompleksiteten i kundernes forskellige applikationsmiljøer har Silicon Motion udviklet flere testprocesser til verificering af clientmiljøer, så man kan garantere pålideligheden og stabiliteten i SSD-controllere. Som én af de førende udbydere af SSD-controllere leverer Silicon Motion ikke bare fleksible og kundetilpassede Client SSD-controllerløsninger til SSD-moduler og OEM-producenter. Virksomheden giver også support til både design og produktion inklusive fuld systemfunktionstest og verificering af kompatibilitet for SSD-controllerne.
For at opfylde kravene fra pc-producenterne har Silicon Motion udviklet test- og verifikationsprocesser i fire faser, der dækker hele levetiden for produktet for at sikre kvaliteten af SSD-controlleren. Fra den indledende designfase arbejder Silicon Motion med en intern verificering fulgt op af en verificering og accept fra OEM’erne. Efter certificering og godkendelse fra OEM-producenterne tilbydes der vedligeholdsprogrammer før den egentlige overgang til næste generations produktudvikling og design. I den sammenhæng undergår SSD-controlleren en sekvens af stringente tests. De følgende tests bliver udført under den interne verifikationsfase hos Silicon Motion.
Interface-test
Med tredjeparts testudstyr og avancerede scripts udført af Silicon Motions interne teams bliver der udført PCle- og NVMe-protokoltests og regressionstests efter den specificerede regulering fra PCle SIG- og NVMe-arbejdsgrupperne. Det sikrer en hurtig og præcis inspektion af SSD-controllerens evne til at eksekvere basale I/O-kommander.
Ydelsestest
Stresstests, hvor man fylder et SSD-lager med mellem 50 procent og 90 procent bliver fulgt op af omfattende vurderinger af ydelsen. Testen simulerer scenarier, hvor den rådige plads i SSD-blokken bliver opslugt med den udvidede anvendelse, så man kan vurdere SSD-lagerets evne til at opfylde de grundlæggende ydelseskrav. Inspektionen fokuserer især på grundigt at undersøge GC-egenskaberne (Garbage Collection) i SSD-controlleren under forhold med næsten ingen blokke til rådighed.
Batteri-managementstest
Ved at udføre warm-boot/cold-boot/S3/S4/moderne standby-tests og med brug af specifikt designede strømudfaldsværktøjer kan man udføre tusindvis af cykliske ”power-on-and-off/wake-up”-tests. Det simulerer forhold, hvor der er utilstrækkelig strømforsyning i et strengt kritisk arbejdsmiljø og på et motherboard for at se, om en SSD-controller fortsat kan levere en stabil drift og opretholde dataintegriteten.
Kompatibilitetstest
Med afsæt i de nyeste platforme fra store producenter som Dell, HP, Lenovo og flere andre kan kompatibiliteten af en SSD-controller verificeres gennem tests designet af virksomhedens teams af testingeniører (som power management S3/S4/moderne standby, read/write-stress, ydelse, energiforbrug og lignende).
Forbrugstest
Forbruget i en SSD-controller bliver målt ved forskellige effekttrin med professionelle instrumenter til effektanalyse. Sammen med en tredjeparts software hjælper det til at simulere en brugers behaviour i et kontor-/entreprise-miljø med måling af forbruget i hver enkelt fase.
Sikkerheds- og krypteringstest
Verificering af sikkerhedsfunktioner internt i SSD-controlleren inklusive AES128/256-kryptering, TCG Opal 2.0 samt validering af sikkerhedsfunktioner som Ulink (TCG OPAL/Certification), WHQL IEEE 1667, Bitlocker og flere andre.
På OEM-valideringsstadiet tilbyder Silicon Motion i samarbejde med OEM-producenter de tests, som er nævnt herunder.
RDT-pålideligheds- og MTBF-tests
Testingeniørerne hos Silicon Motion udfører de initiale pålidelighedstests inklusive stresstests ved høje og lave temperaturer. OEM-producenter udfører yderligere pålidelighedsverificeringstests for at afgøre, om en given SSD-controllerchip opfylder de faktiske pålidelighedsstandarder med support fra Silicon Motions designsteams.
Streng miljøverificering og endurance-udfordringer
For notebooks, som kræver anvendelse af mere diversificerede driftsmiljøer, har OEM-producenter også brug for at udføre miljøtilpasningstests. Ved at simulere hårde omgivelser måler disse tests driftskapaciteten for den samlede notebook-komponent i meget ufordelagtige miljøer – også i SSD-controlleren. Her er også support at hente fra Silicon Motions team.
Efter en vellykket afslutning af en testserie er kvaliteten af en Silicon Motion SSD-controllerchip sikret, så de kan leve op til de lovede data for stabilitet, pålidelighed, ydelse og sikkerhed på tværs af en lang række omgivelser – også selv meget hårde miljøer.
OEM’erne er meget tilfredse med Silicon Motion client SSD-controllere
Et succesrigt samarbejde med adskillige PC OEM-producenter dokumenterer direkte kvaliteten af Silicon Motion Client SSD-controllere samt den effektivitet i test- og verifikationsprocesserne. Silicon Motion er med sin markedsandel på 30 procent markedets nok førende leverandør af SSD-controllere. Produkterne bliver anvendt bredt i både OEM og varemærkebeskyttede SSD-produkter.
Inden for PC OEM-SSD-sektoren er Silicon Motions Client SSD-controllere blevet brugt med stor succes af alle NAND-producenter som Kioxia, Samsung, Micron, SK Kynix, Solidigm og WD. Disse controllere bliver leveret som OEM SSD’er og optræder i pc- og notebook-produkter lige fra anerkendte varemærker som HP, Dell, Lenovo, Asus og Acer. Silicon Motion spiller en afgørende rolle inden for supply chain for disse anerkendte virksomheder.
Accepten af og anvendelsen i flere OEM-produkter lige fra de store tier-1-spillere understreger i høj grad kvaliteten af Silicon Motions Client SSD-controllere. At fuldføre en OEM-virksomheds verificeringprocesser giver en mere omfattede dokumenteret garanti for sikkerheden for stabilitet, pålidelighed og databeskyttelse i Silicon Motions store udbud af SSD-controllere med effektive dataegenskaber.
Billedtekster:
1: Solid State Disks (SSD) er i dag én af nøglekomponenterne i pc’er og notebooks.
2: Power on-and-off/wake-up-stresstests.
3: Testkammer til stresstests ved høje og lave temperaturer.
4: PC OEM-verifikationsproces for Silicon Motions SSD-controllerchips.
