性能至上、完美苛求 – OCZ公司與產品技術介紹

 

從Computex發表之後到現在還沒有新產品發表，所以OCZ在這場著重於未來SSD的走向及發展介紹，一開始當然先介紹SOD ，OCZ的來歷

於2002成立於美國加州聖荷西市，OCZ一開始就放眼全球，並且把生產重心放在台灣，工廠位於台灣中壢。目前為止全球總共超過600位員工，分別遍布於北美、歐洲以及亞洲，並在台灣、英國、加拿大等IT中心城市設有辦公室。新加入的SSD控制器研發中心位於韓國。

目前CEO剛換掉，剛剛有個2次元的初音影片，OCZ早在2008年就想要做這個產品，不過那時候OCZ也做記憶體，比較不專精，現在CEO換人了整個體制會走向專精化

 

根據知名調查機構高德納公司(Gartner)調查，OCZ科技集團目前已經成為全球數一數二的獨立SSD製造廠商
擁有9年以上的研發與設計產品的經驗
獲獎無數-最佳效能的固態硬碟獎項
創新設計-獨立RD團隊設計出的創新固態硬碟產品
持續研發-擁有最齊全的產品線，平均三個月內即有新產品、新概念發表於固態硬碟產品領域

 

要獲得專利最快的捷徑就是併購，所以最近併購了一間以色列公司SANRAD，是一間處理虛擬Raid的公司，我們利用他們的技術達到軟硬體結合

重大合併紀錄 
2010: Solid Data Inc. –一家專業提供固態硬碟解決方案的公司
2011: Indilinx Co., Ltd. –專業的固態硬碟主控與固件提供廠商
2011:PLX Technology design team –研發系統晶片合一system-on-chip (SOC)解決方案的專業設計公司
2012:SANRAD – 一家以專業虛擬機器加速軟體研發為主的公司

OCZ自有的SSD工廠 Made in Taiwan !!

第一張是產線打出來的排列，而第二張圖是做記憶體燒烤的設備，第三張是恆溫貨艙

標準SATA固態硬碟的構造

 底層以PCB為主，加上SSD控制器、NAND Flash以及SATA資料/電源Pin，以及其他的電容。

固態硬碟的優點是耐震、無噪音、省電，速度快，構造就是一些SATA傳輸器+NAND Flash+SSD控制器，構造很簡單，所以很容易被複製

但韌體及BIOS那些專利是複製不來的，所以我們預計在明年的時候，有很多廠都活不下去了，現在的SSD變動太快，價格已經進入隨手可購買的價位，現在正是進入NAND Flash的交換週期，明年的512GB會是主流，而未來會提升到1TB，只要沒有自己的專利、自己的技術都將撐不下去，NAND Flash絕大多數都是TSOP封裝，BGA封裝就不討論，當前是INTEL Micron 25奈米製程為主

奈米是什麼? 

奈米製程就是指閘極壁與壁之間寬度，所以同樣48pin的寬度，在技術進步之後，電子會變得越來越擠，電子需要靠電壓增壓之後通過膜，才能把資料存在裡面，如果電壓打偏或電壓太高，就會造成電子死亡，就不能存資料，目前已經進入19奈米，三星&Toshiba都已經正式量產，但Intel Micron都還在25奈米，所以未來進到奈米製程之後，你會發現SSD不像想像中耐用，這是個很大的問題，從34奈米到25奈米，已經出現類似的事情，例如原廠配方有問題，通常之後都會修改配方，像25奈米的時候有修改A版本(晶片編號)&B版本(晶片編號)，A版本的Block經常無故自己死亡，進入到B版本的時候，配方修正讓耐久度提升

PCIe固態硬碟的構造

底層同樣以PCB為主，加上PCIx to PCI橋接晶片然後到RAID控制器，在控制兩組以上的SSD控制器、NAND Flash以及其他的電容

 

韌體

用來驅動SSD的控制器，並且支持Flash的種類列表、版本修正、升級，包含一切所需的技術如wear leveling、GC(Garbage Collection)、NCQ commend(AHCI)等都在這軟體內，經由MPtool(俗稱開卡程式)燒錄進控制器的EEPROM(可程式化重複抹寫)單元內。

 

驅動

凡SATA 3.0/2.0/1.0皆無須額外驅動，都是P n P (Plug n Play)的動作，SATA本身也有防呆腳位無須擔心接反或者錯腳導致燒毀。PCIe則因多增加了協力廠商的RAID晶片而須有驅動的問題，因此無論是把PCIe SSD當作Boot drive(開機系統碟)或者是Data drive(資料碟)均需要安裝驅動

 

基礎效能測定

想知道效能如何一定需要測試跟比對才能有結論，因此測試平臺以及測試軟體跟方法都很重要。

我們可以分為以下準備階段跟測試方法來說明之。由於平臺性能也息息相關，因此需要慎選平臺，目前推薦SATA 2.0在INTEL的X58或是P67/Z68上面可以有最佳效能表現，SATA 3.0則是一定要P67/Z68的原生SATA 3.0 Port才行。

SSD v.s HDD的優缺點分析

SSD(固態硬碟)

發展也有十幾年以上的時間，直到四五年前才被普及
優點:抗震無噪音，省電(待機時)，無熱能(視晶片組而定)，速度是HDD的10倍以上
缺點:價錢/單位容量比不及HDD，若Flash損壞則資料目前尚無法被救援

HDD (機械硬碟、傳統硬碟)

發展已經超過幾十年的歷史，目前仍無法完全取代的存儲裝置
優點:價錢/單位容量比好
缺點:無法抗震，馬達構造產生熱能，運轉有噪音，速度大幅受限制

快閃記憶體種類

MLC (Multi Level Cell)
3,000次P/E(程式/抹除)迴圈以及特挑過後擁有5,000次P/E迴圈的優良體質
34nm Intel/Micron 快閃記憶體目前已全面生產25nm，未來將有20nm制程於2012年尾出現
最佳成本/性能考慮的快閃記憶體媒介
25nm分為synchronous (同步)與asynchronous (非同步)兩種

eMLC (Enterprise Multi Level Cell)
10, 000到 30,000 P/E迴圈
3個月的數據保留特性
寫入效能稍慢於標準MLC

SLC (Single Level Cell)
100,000 P/E迴圈
最佳性能與耐久度，只有MLC一半的容量
最昂貴的成本

Ultrabook所使用的SSD介面種類

 

 

2.5吋7mm(高)

 

1.3吋mSATA

  

自訂規格(ASUS Zenbook)

 

 

  

OCZ Synapse 快取加速 SSD

高性能快取加速SSD的全新定義 

最大化效能採用SATA 6 Gb/s介面
釋放完全的傳輸動力，適用於目前主流主機板晶片組
支援TRIM 
隨插即用的2.5吋方案提供多種硬碟插槽使用

智慧型Dataplex™ 快取軟體
能模擬以及同時管理硬碟與SSD，學習用戶的資料存放以及使用習慣來調整存儲模式，真正能有效控制檔案寫入速度以及資料保存的可靠度。
“熱門、常用” 資料將經由管理程式寫入到SSD內以供隨時使用
“冷門” 資料將存入硬碟的高容量磁區內保存

  

1 最大傳輸速度採用ATTO測試
2 小檔案I/O效能採用Iometer 2010, Queue Depth 64, 4KB Aligned; Logical Block Address (LBA) range: 8GB

SSD冷開機時間，Windows 7只要24秒完成

這張圖是強尼的桌機，一樣裝了大家都會裝的PPS、 阿哩阿雜的東西，開機用了24秒，為了要測試

SSD與HDD之實測速度比較

讀取遊戲之實測速度比較

遊戲一:使命召喚3
遊戲二:魔獸世界

   

 

SSD優化以及相關技術

Trim指令（Trim Command）是ATA標準針對SSD所制定的指令(Data Set Management)、並由微軟於Windows 7作業系統開始支援，能夠協助SSD在效能表現與耐受程度都達到最佳化。具有良好Trim Command支援能力的SSD，能夠在消費者不需執行任何動作的狀況下，自動透過系統發出指令，通知Controller去清除SSD中不再需要的資料區塊，像是一些使用者已經刪除掉的檔案，Controller便能透過Garbage Collection動作將之徹底由SSD的儲存區塊中抹除，增加可用空間。然而一顆SSD的Trim Command處理方式也相當程度的決定了SSD本身的效能，像是透過Trim Command自動清除資料的頻率、Trim Command判定合適的清除時機等，都有可能影響到SSD的正常表現。

若要瞭解一顆SSD產品對Trim Command的支援優劣，有幾個簡單的指標可以評估，以附圖為例，像是執行Trim Command時SSD回應的速度、Trim Command與IO Command同時運作時造成的影響、執行Trim Command後對IO Latency的影響，以及SSD本身Performance Degradation的程度等等，都可以作為判斷Trim Command支援能力的依據。若以實際案例比較市售的八顆SSD產品，可以看出顯著的差距，足見各家產品對Trim Command的支援好壞程度差距甚大。

   

 

垃圾回收（Garbage Collection）當一個電腦上的動態記憶體不再需要時，就應該予以釋放，以讓出記憶體，這種記憶體資源管理，稱為垃圾回收（garbage collection），簡稱GC。

Controller可說是SSD產品的心臟所在，由於NAND本身的限制，必須透過Controller作許多的運算處理，以避免各種錯誤的發生。舉例來說，像是輸入/輸出的指令（I/O Command）、資料管理（Data Shaping）、平均抹寫技術（Wear Leveling）、空間回收（Garbage Collection）的處理能力，以及電源、快取記憶體（Cache）和損壞區塊（Bad Block）的管理能力等等，特別重要的是對TRIM指令的支援方式、以及隨著NAND尺寸愈小更愈益重要的ECC機制（Error Checking and Correcting）等，以上種種無一不需仰賴Controller進行運作，來優化SSD的性能與穩定度。  

 

Secure Erase

SSD優化方法

 

OCTANE滿盤性能回復實測 – 背景GC

剛寫滿

閒置10分鐘

 

 

閒置30分鐘

 

 

Vertex 4效能回復官方說明

在我們研發韌體的時候，我們一直在收集各種不同使用者的資料使用模式已經很長的一段時間了，我們在世界各地都有Beta Team的人員，協助我們進行產品的開發與改良，我們提供beta韌體或者產品給他們試用，要求他們以自己的使用方式來使用SSD並回報我們，讓我們作為產品改進以及問題解決的參考值。而經過我們分析之後，有幾個電腦資料的使用方式重覆率相當高，即使是用不同軟體、不同硬體的狀況之下。其中之一就是很多用戶採用比較低的容量SSD當作系統碟，例如說60GB/120GB，在安裝完系統以及各種軟體之後常常已經占用超過50%比例的容量。因此主控制器若要用做壞塊交換或者資料整理暫存的目的，剩下的NAND Flash可利用空間其實並不多，也會導致背景GC算法無法在短時間內完成。為了避免以前初代產品用久了之後速度衰退無法回復的問題，於是我們才想要把這個解決方式直接加入在韌體之中，這個模式就是特別優化的背景GC耐久模式。

 

  

在這個特別優化過的背景GC耐久模式之中，會以兩個主要條件做為啟動方式，第一個就是在低容量(128GB)上面使用空間達到50%時啟動，其它容量如256GB則是約80%，512GB則幾乎是95%左右才會啟動。第二個則是所謂冷、熱資料區分時啟動背景耐久模式。那麼何謂冷熱資料呢?其實我們一般用戶在面對大型應用軟體的時候，例如Adobe系列、影音編輯軟體、AUTOCAD等等，一但安裝之後幾乎不太會移除，這就算是冷資料了。於是在安裝完這些軟體之後，就可以先啟動動態背景GC耐久模式來執行整理。而熱資料就是屬於常常移動、增加或者減少的軟體，例如說各種瀏覽器、播放程式、小型軟體等等，有可能安裝完後不好用就移除，那麼不論是安裝或者是移除，對於NAND Flash來說都是寫入的負擔，這些也可以利用這個耐久模式來做幕後優先動態整理。

這個功能的目的是希望能真正有效地延長SSD壽命，但是很多評測者在做測試時都經由一些特定測試軟體看到這個狀況，卻有些誤解，畢竟一般使用者不會一直進行速度測試，速度測試對於SSD的寫入壽命是有一定傷害的，因此我們在考量真實使用模式之下，SSD進入耐久模式時，為確保背景整理能順利且快速的進行，我們設計先讓SSD這時的寫入速度下降，等待整理完成之後自然會恢復原來的速度而進入原來的效能模式，而這個背景耐久整理的方式其實是一次性的，第一次執行可能會花費比較多時間回復，之後針對再次寫入的效能恢復速度都會比之前要來的快。我們認為這個功能可以真正提供當作系統碟的用戶一個有效的SSD延命方法。

但在實測時，要看SSD寫入程度而定，像這次測試就是等到了100GB左右才介入，所以速度會限制住，但這並非是實際使用硬碟的狀況，原因在於HDTune 5.0要做寫入測試的時候，需要將磁區保持在RAW狀態，這個RAW狀態並非是可以真正經由Windows下指令去寫入資料、安裝作業系統、拷貝等等的狀態，因此並非是我們強調的真實使用環境，這個測試方法主要只能告訴大家的是磁區在RAW模式之下，背景GC介入的時間而已，RAW磁區測試到的速度也並非是在4K對齊的狀態之下，因為根本就沒有分割區存在。

 

若是有分割區存在的情況，則根本就無法進行寫入測試，而分割區存在的情況才是真實的使用環境，因此才會以ATTO、CRYSTALDISKMARK或者AS-SSD之類的效能測試為主要依據。

完全自主研發主控 Indilinx Barefoot 3 “Vector”

全新設計、台積電65nm製程，RISC架構，類似CPU設計多級緩衝記憶體，指令集也類似，預計2012年Q4與大家見面。

 

OCZ SSD產品介紹

  

 

OCZ RevoDrive 3 系列 – 第二代

  

 

為什麼需要PCI Express介面?

PCI Express 介面可以輕易打破SATA的傳輸瓶頸，目前最高速度的Serial ATA (SATA) 端口支援600 MB/s的傳輸速率

與PCIe相比: 
PCI Express Gen. 2 x4的傳輸速率上限可達2000 MB/s，提供需要強大存儲效能的高階PC與工作站源源不絕的I/O吞吐能力，只需一張PCIe SSD。

  

  

 RevoDrive Hybrid

  

市面上最高效能的混合型硬碟
將快取方案集中於單張PCIe卡 ，徹底實現SSD效能與價位的平衡點，特別提供給需要二合一方案的進階用戶以及多媒體設計師、工作室等等的用戶

  

智慧型快取加速軟體 
能模擬以及同時管理硬碟與SSD，學習用戶的資料存放以及使用習慣來調整存儲模式，真正能有效控制檔案寫入速度以及資料保存的可靠度。
“熱門、常用” 資料將經由管理程式寫入到SSD內以供隨時使用
“冷門” 資料將存入硬碟的高容量磁區內保存

   

1 最大連續讀寫測試採用ATTO, 以及華碩P8P67 Pro主機板測試為主
2 小檔案I/O效能採用Iometer 2010, Queue Depth 64, 4KB Aligned; Logical Block Address (LBA) range: 8GB
3 平均I/O效能採用IOmeter 2008, Queue Depth 64, 4KB Aligned; Logical Block Address (LBA) range: 200GB
4 I不可壓縮資料效能測試採用AS-SSD; 64 thread for 4K specs

2012第三季APFG華碩玩家聚會-網通AC系列、WAVI+Xction、ROG Matrix、OCZ 

• PART1. ASUS 網通產品特色及佈局
• PART2.WAVI透過遠端搖控，將您的電視變成第二台PC!
• PART3.效能無極限 華碩玩家共和國 ROG 板卡
• PART4.性能至上、完美苛求 – OCZ公司與產品技術介紹