【忆芯技术分享】企业级断电保护（PLP）

一

PLP是什么？

主机异常断电（Unexpected-power-loss）、用户热插拔（Hot-swap）、背板供电不稳（Power-glitch）等。是存储设备使用过程中，经常遇到的异常状况。因此，断电保护（Power-Loss-Protection）简称PLP，是企业级SSD必须支持的重要功能。

二

PLP解决方案

为了支持PLP功能通常有以下三个思路：

· 固件PLP：SSD固件

· 硬件PLP：SSD硬件配合SSD固件

· 系统PLP：整机系统软件配合SSD固件和硬件

三

固件 PLP

固件PLP功能主要依赖良好的固件架构设计，固件代码在任意时刻出现断电导致中止后，都不会造成严重的损坏。并且在下一次上电之后进行全盘扫描，回到正常工作状态。全盘扫描主要包括以下流程：

· 恢复、重建映射表

· 继续完成断电前未完成的管理操作（Trim、Format、Sanitize等）

四

硬件 PLP

SSD的PCB在设计时会增加备电电容，硬件在感知到供电电压低于阈值时会通知固件将数据写入Flash进行保护，详见下图所示：
图1. 不支持硬件PLP vs. 支持硬件PLP

五

系统 PLP

整机系统在即将断电之前，提前通知SSD进行“abrupt shutdown”，达到保护数据的目的，可以通过两种方式：

· NVME CC.SHN中写入10b 触发Abrupt shutdown notification

· 通过边带信号 PLN#（Power-Loss-Notify）触发power loss notification，这种方式通常见于M.2形态

图2. ABRUPT Shutdown Notification (引自NVME 2.0 Specification)
图3. M.2 Pin-out 中的PLN# (引自<M.2 Accelerator Module Hardware Specification>)

六

PLP功能的测试

在大压力I/O过程中，PLP重点保护“已经写完成且仍然留在SSD DRAM中的数据”，因此针对企业级PLP功能的验证，重点在于识别断电事件发生瞬间，HOST端已经成功完成的CMD和仍然没有完成的CMD。
忆芯科技测试团队拓展了开源I/O测试工具，使其具备可记录I/O日志的功能，同时搭配自研掉电触发工具对企业级SSD进行完备的PLP测试，测试流程如下：

· 使用I/O工具对企业级盘进行大压力混合读写操作

· 通过自研断电测试工具，触发断电事件

· 根据I/O工具的执行日志，获取断电瞬间已经完成的写I/O

· 再次上电之后针对所有完成的写I/O进行数据校验

图4. PLP测试流程

忆芯科技作为国内较早布局高性能固态存储主控芯片研发的企业，一直致力于赋能高性能存储解决方案，时刻保持着新技术和方案的洞察力，今年下半年即将推出的基于高端企业级主控STAR2000的企业级方案STAR2000E，也将使用最严格的标准，通过数百万次严苛的断电专项测试，保障产品质量。

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北京忆芯科技有限公司成立于2015年底，作为国内较早从事高性能固态硬盘主控芯片研发的企业，致力于成为赋能大数据应用的芯片全球领导者。经过7年的发展，公司已成长为国内领先的高端PCIe SSD主控芯片和成品盘供应商，为各行业的信息化发展提供高质量芯片级底层保障，业务方向覆盖消费级、工业级和企业级，主控芯片及解决方案。

忆芯科技核心成员具有多年研发经验和多项研发成果，拥有从底层算法到芯片设计，再到解决方案设计等多方面的丰富经验。在坚持自主研发基础上，研发的芯片产品拥有260余项自主知识产权，并创新性地将处理器架构首次引入存储领域；现已成功完成4款高端消费级、企业级SSD主控芯片流片，所研发的高性能低功耗NVMe SSD主控已量产出货。公司总部位于北京，在上海、成都、合肥、厦门、深圳分别设有研发中心和客户技术支持中心。