監督成本| eMMC NAND閃存技術(shù)和用例需求

 

ODI最近對較舊的Teslas Model S和Model X車(chē)輛提出的信息要求突顯了工作負載疏忽，其中基于NVIDIA Tegra 3處理器和集成8GB eMMC NAND閃存的主控制單元（MCU）遇到了問(wèn)題。當引入新的固件更新為電動(dòng)汽車(chē)（EV）帶來(lái)附加功能時(shí)，問(wèn)題變得更加復雜。這充當進(jìn)一步激發(fā)NAND閃存磨損進(jìn)度的燃料。盡管在一開(kāi)始固件不是問(wèn)題，并且記錄的數據具有足夠的內存來(lái)處理工作量，但每次固件升級都帶來(lái)了新功能，從而減少了每次更新的存儲空間。應ODI的信息請求，特斯拉列出了2,399項投訴和現場(chǎng)報告，7,777項保修索賠以及4,746項與MCU替換方案有關(guān)的非保修索賠。倒車(chē)時(shí)，故障的MCU導致后置攝像頭圖像顯示遺失。隨著(zhù)NAND閃存全部耗盡，駕駛員不能再使用車(chē)輛的某些功能，例如HVAC（除霧），與ADAS相關(guān)可聽(tīng)得見(jiàn)的提示音，自動(dòng)駕駛儀和轉向信號燈，嚴格地來(lái)說(shuō)盡管車(chē)主仍然可以駕駛車(chē)輛，但不能再充電，使汽車(chē)無(wú)法運行。

 

eMMC模塊因為是以NAND閃存技術(shù)為基礎而具有預定的使用壽命。它們具備有限的程序/擦除（P/E）周期，即使公司最初按照這些規范進(jìn)行設計，他們也必須預見(jiàn)到同一系統隨著(zhù)時(shí)間的推移必須應對不斷增加的工作負載挑戰。最后，這問(wèn)題有三個(gè)方面。缺乏對NAND閃存技術(shù)的了解，以及對更加復雜和多面的用例了解，并且假設驅動(dòng)器的使用期限完全取決于NAND閃存技術(shù)–而不是正在使用的閃存控制器。

 

了解NAND閃存技術(shù)

 

根據特斯拉維修專(zhuān)家的說(shuō)法，由于eMMC中的NAND閃存單元結構，在較舊的Model S和X組件中發(fā)現的基于嵌入式NAND的eMMC磨損。在一定程度上是對的。不同類(lèi)型的NAND閃存技術(shù)具有不同（但始終是有限的）的P/E周期數或他人所稱(chēng)的“寫(xiě)入周期”。

 

SLC NAND閃存技術(shù)大約10萬(wàn)次P/E周期

MLC NAND閃存技術(shù)大約10 000-3500 P/E周期

TLC NAND閃存技術(shù)大約3000個(gè)P/E周期

QLC NAND閃存技術(shù)大約1000-100次P/E周期

這意味著(zhù)一旦這些周期用完，驅動(dòng)器將再也無(wú)法可靠地存儲數據。根據特斯拉的報告，Hynix單元“針對eMMC中每個(gè)NAND閃存塊，額定3,000個(gè)編程/擦除周期”。

 

要了解NAND閃存單元為何總是具備有限的P/E周期，必須了解其基礎技術(shù)。NAND閃存是一種非易失性存儲器（NVM）技術(shù)，它通過(guò)電荷陷阱技術(shù)或浮柵MOSFET晶體管將數據存儲在制成的存儲單元陣列中。通過(guò)在晶體管的控制柵極上施加高電壓，同時(shí)將源極和漏極接地，溝道中的電子可以獲得足夠的能量來(lái)克服氧化物勢壘，并從溝道移入浮柵。在浮柵中捕獲電子的過(guò)程是閃存設備的編程（或“寫(xiě)入”）操作，該操作對應于邏輯位0。相反，擦除操作從浮柵中提取電子，從而切換存儲在其中的數據NAND閃存單元磨損，因為編程和擦除周期最終會(huì )損壞浮柵和基板之間的隔離層。這減少了數據保留，并可能導致數據丟失或意外編程的單元。

 

了解用例的工作負載

 

特斯拉電動(dòng)汽車(chē)對于任何存儲應用都是一個(gè)充滿(mǎn)挑戰的環(huán)境，這不僅是因為汽車(chē)質(zhì)量對溫度和功能安全性的要求，而且因為每輛汽車(chē)的使用方式都不同。在這種情況下，eMMC模塊會(huì )受到每日行駛時(shí)間，每日充電時(shí)間，每日音樂(lè )流式傳輸時(shí)間以及一系列其他因素的影響。此外，極其重要的功能和特性取決于MCU能夠可靠地執行其工作。這個(gè)生態(tài)系統中的eMMC具有非常獨特的工業(yè)級工作負載，只有使用符合工業(yè)標準設計的高質(zhì)量閃存控制器才能適當取得。

 

特斯拉認為“以每塊0.7的額定每日P/E周期使用率計算，在設備中每塊平均獲得3,000個(gè)P/E周期需要11到12年的時(shí)間，以每塊 1.5的每日P/E周期使用速率的第95個(gè)百分位，在設備中平均累積3,000個(gè)P/E周期需要5到6年時(shí)間。”歸根結底，復合固件更新的苛刻性質(zhì)使這些驅動(dòng)器比預期還早崩潰。這就引出了一個(gè)問(wèn)題，為什么這些MCU這么早崩潰？

 

了解NAND閃存控制器的作用

 

閃存控制器在高端存儲系統中的作用常被忽略。在NAND閃存經(jīng)常引起關(guān)注的地方，許多人忽視了評估控制器在管理其應用程序方面的真實(shí)能力，而所選閃存則預定義了P/E周期。盡管閃存技術(shù)在定義驅動(dòng)器的使用壽命方面起著(zhù)重要作用，但所選的控制器應掩蓋閃存的所有固有缺陷，從而延長(cháng)其使用壽命，確保不會(huì )出現任何故障設備或數據損壞。

 

例如，閃存控制器可以針對任何特定的存儲設備執行最佳類(lèi)型的糾錯編碼（ECC），完全取決于所選NAND閃存的特性以及控制器中可用的處理性能。在不同類(lèi)型的NAND閃存中，不同類(lèi)型的錯誤也更為常見(jiàn)，例如多層單元（MLC）中更容易出現讀取干擾錯誤，而其他控制器功能（如損耗均衡）和垃圾回收的時(shí)間也會(huì )受到NAND閃存中過(guò)度配置的影響。因此，控制器需要仔細匹配N(xiāo)AND閃存的特性，如果忽略這一點(diǎn)，驅動(dòng)器在預測的時(shí)間之前提早崩潰也就不足為奇了。這是一項昂貴的疏忽，選擇正確的閃存控制器是設計高效可靠的存儲系統（如eMMC模塊）必不可少的一個(gè)部分。

 

歸根結底，在工業(yè)中–故障系統和數據損壞不像在其他市場(chǎng)中那樣被接受，因為期望壽命和故障成本更為急切。像eMMC模塊這樣的存儲系統需要針對其獨特的工作負載進(jìn)行設計，并進(jìn)行適當的管理，以避免在其特定領(lǐng)域發(fā)生故障。最后，閃存控制器在掩飾所選NAND閃存技術(shù)的缺陷方面起著(zhù)非常重要的作用，應被視為核心組件，而不僅僅是NAND閃存的支援。