Intelligent Power Shield & Power Shield

Introducción

Durante el proceso de almacenar datos en un disco de estado sólido (SDD), los datos son temporalmente almacenados en la memoria caché del DRAM. Este proceso se realiza para aprovechar el rápido tiempo de respuesta de la DRAM para potenciar el rendimiento de la SSD. Debido a que la memoria caché de la DRAM es volátil, una alimentación eléctrica externa es necesaria para mantener y vaciar los datos.

En un proceso de apagado normal, la maquina anfitriona (host) envía comandos al controlador del SSD indicando que la fuente de alimentación será cortada. El controlador responde con un acuse de recibido y luego descarga todos los datos almacenados en la memoria caché de la DRAM en la memoria NAND Flash.

Sin embargo, durante un corte de alimentación no programado, los datos en tránsito no pueden ser almacenados ni transferidos en la memoria flash sin notificación previa y fuente eléctrica. En este caso, los datos almacenados en la SSD no son actualizados, lo que puede causar un problema de incompatibilidad de datos, corrupción de datos o incluso falla total del dispositivo.

Datos en riesgo en una falla de energía

En el evento de corte de alimentación no programado, la perdida de datos podrá ocurrir en cualquiera de los siguientes flujos:

El Intelligent Power Shield (IPS), tecnología patentada de Transcend, está diseñado para minimizar el riesgo de corrupción de datos y garantizar la integridad de los datos.

¿Qué es el Intelligent Power Shield?

El Intelligent Power Shield (IPS) es una tecnología para SSDs con DRAM que operan a 5V para garantizar la integridad de datos en caso de un corte de energía repentino. Al añadir condensadores, IPS puede prolongar el tiempo para completar el proceso de transferencia de datos después de una perdida de energía. Cuando la computadora está encendida, los condensadores actúan como baterías y se cargan con electricidad de la computadora. Durante el evento de perdida de energía repentino, los condensadores cargados de electricidad continúan ofreciendo energía al SSD, permitiendo que los datos completen el proceso de escritura.

¿Cómo funciona el IPS?

El SSD contiene un detector de voltaje que vigila constantemente el nivel de voltaje suministrado por la maquina anfitriona (host). En el caso de una perdida de alimentación repentina, el detector de voltaje activara el IPS tan pronto como el voltaje disminuya de 5V a 4V. En esta etapa, el IPS asegura que los datos almacenados en el NAND no sean dañados. Los condensadores integrados continúan suministrando suficiente energía para descargar los datos almacenados en la memoria caché del DRAM al NAND Flash. Cuando el voltaje cae por debajo de 2.3V, el NAND flash activa el modo protección contra la escritura y deja de aceptar datos para escribir.

Corte Eléctrico con y sin IPS

Al prolongar el tiempo entre la perdida repentina de suministro eléctrico y la activación del modo de protección contra la escritura, la SSD logra completar más escrituras de datos desde la memoria cache de la DRAM al NAND Flash.

Con la integración de IPS, la SSD tiene más de 75 milisegundos para completar la descarga de datos antes de que el NAND entre en modo de protección contra escritura. Sin IPS, la SSD solo tiene 2 milisegundos.

¿Qué es Power Shield (PS) y en qué se diferencia de IPS?

Power Shield (PS) es una tecnología básica soportada por todos los SSD embebidos de Transcend para prevenir pérdida de datos almacenados en el NAND flash durante un evento de perdida de suministro eléctrico repentino. El circuito de detección de voltaje interno (VDT – voltage detection circuit) del controlador inspecciona el suministro de alimentación externa. Cuando el suministro de voltaje externo cae desde 5V a 4V o desde 3.3V a 2.7V, el VDT activa el mecanismo de detección PS. Cuando una pérdida de alimentación repentina ocurre, el circuito power shield interno activa la función PS para que el controlador deje de aceptar nuevos comandos de escritura. Las operaciones de escritura son suspendidas para asegurar que el firmware y los datos almacenados en el NAND Flash no sean dañados. A diferencia a IPS, el PS no ofrece tiempo adicional para que el NAND pueda completar más escrituras.

Ventajas del IPS & PS de Transcend

Transcend ha exclusivamente obtenido el patente para IPS. Para un rendimiento superior, Transcend utiliza componentes superiores como detector de voltaje avanzado para activar el IPS. Adicionalmente, Transcend utiliza condensadores de polímero de tantalio – condensadores de alto rendimiento y perfil bajo que pueden funcionar de manera estable en ambientes hostiles.

Aunque es una característica más básica que no requiere condensadores, el PS también permite que el mecanismo de detección de energía interna del SSD monitoree la energía suministrada por el host. Cuando el suministro eléctrico se pierde repentinamente, el voltaje cae y el detector de voltaje del SSD activa el PS, lo que cause que el controlador del SSD deje de programar los datos en el NAND flash y así garantiza que los datos almacenados en NAND no sufran daños.

  IPS PS
Hardware Con un circuito de detección de voltaje integrado (VDT) y condensadores de polímero de tantalio (PTCs), IPS genera más tiempo para escribir más datos desde el DRAM a la memoria NAND Flash cuando el voltaje cae de 4V a 2.3V. Cuando el suministro eléctrico cae a un cierto nivel, el circuito de detección de voltaje integrado (VDT) del controlador activa el mecanismo PS. El controlador del SSD deja de aceptar nuevos comandos de escritura de datos hacia el flash.
Firmware Al activar el IPS, el firmware automáticamente descarga los datos almacenados en la memoria caché de la DRAM en la memoria NAND flash. El controlador del SSD deja de aceptar nuevos comandos de escritura por parte del host, asegurando la integridad de los datos almacenados en la memoria NAND flash.

Para garantizar un alto nivel de credibilidad, la tecnología IPS de Transcend utiliza un power hub de Ulink DriveMaster para probar el mecanismo de protección contra apagados, cada ciclo incluye los siguientes pasos:

  1. El host emite comandos de escritura al controlador
  2. El controlador coloca los datos en la memoria caché de la DRAM
  3. Ulink corta la alimentación eléctrica del host. Cuando el VDT detecta que el voltaje ha caído a 4V, los datos almacenados en la memoria caché de la DRAM se descargan en el NAND flash.
  4. Ulink enciende el host y compara los datos en host con los datos en NAND flash. Si se encuentra una inconsistencia entre los datos, el reporte muestra ¨error al comparar¨ (miscompare).

El IPS de Transcend ha pasado por 3000 ciclos de prueba. Como resultado, se mostraron cero mensajes inconsistentes.

Resumen

Los productos SSD de Transcend proporcionan un mecanismo integrado de protección contra cortes de energía para garantizar la integridad de la transferencia de datos y minimizar las posibilidades de fallas del dispositivo durante un corte de energía inesperado.

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