一种固态硬盘的制造方法与固态硬盘

技术领域

本发明属于固态硬盘技术领域，尤其涉及一种固态硬盘的制造方法与固态硬盘。

背景技术

固态硬盘(Solid State Disk或baiSolid State Drive，SSD)，也称作电子硬盘或者固态电子盘，是由控制单元(SSD控制器)和固态存储单元(NANDFLASH颗粒)组成的硬盘。相比于传统的机械硬盘，固态硬盘有着快速读写、质量轻、能耗低以及体积小等特点，受到越来越多消费者的欢迎，在生活中的应用也日渐广泛。

一般地，固态硬盘的存储容量、数据读写速度以及使用寿命等性能都取决于SSD控制器的数据通道数目，然而目前SSD控制器一般为2数据通道或4数据通道的结构构成，导致固态硬盘的存储容量最大才1TB，相比于传统固态硬盘的存储容量来说较小，同时数据读写速度也不是很高，尤其是小文件的并发速度以及自身的使用寿命也不够高，影响了固态硬盘的使用范围。

发明内容

本发明实施例提供一种固态硬盘的制造方法与固态硬盘，旨解决的现有的固态硬盘存储容量小、数据读写速度慢以及使用寿命短的技术问题。

本发明实施例是这样实现的，一种固态硬盘的制造方法，所述制造方法包括：

提供一SSD控制器和与所述SSD控制器连接的第一NAND FLASH芯片，所述SSD控制器的数据通道的数量至少为8个；

提供一经过预处理的缓存模块并将其与所述SSD控制器连接，所述缓存模块由至少两种不同的缓存单元组成；

确定所述缓存模块向所述第一NAND FLASH芯片传输的数据的数据大小，并将数据大小小于预设大小的数据分类为第一类数据，将数据大小大于预设大小的数据分类为第二类数据；以及

将所述第一类数据与所述第二类数据分别传输至所述第一NAND FLASH芯片中的不同位置进行存储。

更进一步地，所述缓存模块至少包括第二NAND FLASH芯片和与所述第二NANDFLASH芯片并联设置的DRAM芯片，所述提供一经过预处理的缓存模块并将其与所述SSD控制器连接，包括：

将所述第二NAND FLASH芯片中的TLC颗粒通过转化算法转化为SLC颗粒；

从所述SSD控制器中选取预设数量的数据通道与所述第二NAND FLASH芯片连接；以及

提供至少两个并联设置的所述DRAM并与所述SSD控制器连接，其中，所述DRAM芯片的总线至少为16位。

更进一步地，所述将所述第二NAND FLASH芯片中的TLC颗粒通过转化算法转化为SLC颗粒，包括：

舍弃所述第二NAND FLASH芯片中的TLC颗粒的三个bit中两个bit，以使TLC颗粒仅保留一个bit而转化为SLC颗粒。

更进一步地，所述确定所述缓存模块向所述第一NAND FLASH芯片传输的数据的数据大小，并将数据大小小于预设大小的数据分类为第一类数据，将数据大小大于预设大小的数据分类为第二类数据，包括：

在所述第一NAND FLASH芯片内设置数据分类算法；

通过所述SSD控制器运行所述数据分类算法确定所述缓存模块向所述第一NANDFLASH芯片传输的数据的数据大小，并将数据大小小于预设大小的数据分类为第一类数据，将数据大小大于预设大小的数据分类为第二类数据。

更进一步地，所述将所述第一类数据与所述第二类数据分别传输至所述第一NANDFLASH芯片中的不同位置进行存储，包括：

将所述第一类数据暂存于所述缓存模块中，当所述第一类数据累积至设定大小后传输至所述第一NAND FLASH芯片中的第一设定位置进行存储；以及

将所述第二类数据经由所述缓存模块暂存后，直接传输至所述第一NAND FLASH芯片中的第二设定位置进行存储。

本发明还提供一种固态硬盘，所述固态硬盘通过上述所述的固态硬盘的制造方法制造而成。

本发明实施例的有益效果是，由于所提供的SSD控制器的数据通道的数量至少为8个，相比于现有的2数据通道或4数据通道的固态硬盘来说，较大幅度地增加了的数据通道的数量，多数据通道的SSD控制器可以控制大容量的多封装的存储模块，进而增大固态硬盘的存储容量，并提升数据传输速度等性能，并且设置由至少两种不同的缓存单元组成的缓存模块，可对输入固态硬盘的数据进行缓存，有效地提升了固态硬盘的数据传输速度，同时，还根据数据大小对输入固态硬盘的数据分类，使得不同大小的数据按照预设的传输线路进行传输，并对应存储至第一NAND FLASH芯片内的不同位置，有效地提升了固态硬盘的数据处理效率以及使用寿命。

附图说明

图1为本发明实施例的固态硬盘的结构示意图；

图2至图6为本发明实施例的固态硬盘的制造方法的流程示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

一般地，固态硬盘的存储容量、数据读写速度以及使用寿命等性能都取决于SSD控制器的数据通道数目，然而目前SSD控制器一般为2数据通道或4数据通道的结构构成，导致固态硬盘的存储容量最大才1TB，相比于传统固态硬盘来说较小，同时数据读写速度也不是很高，尤其是小文件的并发速度以及自身的使用寿命也不够高，影响了固态硬盘的使用范围。

本发明通过提供一具备至少8个数据通道数量的SSD控制器，并且添加由至少两种不同缓存单元组成的缓存模块用以缓存数据，同时增加多机制映射算法将对数据进行分类，通过以上优化设计，在增大固态硬盘存储容量的同时，有效地提升固态硬盘的数据处理效率、数据传输速度和使用寿命。

实施例一

请参阅图1与图2，本发明实施例的固态硬盘100的制造方法包括步骤：

S1：提供一SSD控制器10和与SSD控制器10连接的第一NAND FLASH芯片20，SSD控制器10的数据通道的数量至少为8个；

S2：提供一经过预处理的缓存模块30并将其与SSD控制器10连接，缓存模块30由至少两种不同的缓存单元31组成；

S3：确定缓存模块30向第一NAND FLASH芯片20传输的数据的数据大小，并将数据大小小于预设大小的数据分类为第一类数据，将数据大小大于预设大小的数据分类为第二类数据；以及

S4：将第一类数据与第二类数据分别传输至第一NAND FLASH芯片20中的不同位置进行存储。

本发明实施例的固态硬盘100的制造方法中，所提供的SSD控制器10的数据通道的数量至少为8个，相比于现有的2数据通道或4数据通道的固态硬盘来说，本发明实施例的固态硬盘较大幅度地增加了的数据通道的数量，可提升固态硬盘100的存储容量与数据传输速度等性能，并且设置由至少两种不同的缓存单元31组成的缓存模块30，可对输入固态硬盘100的数据进行缓存，有效地提升了固态硬盘100的数据传输速度，同时，还根据数据大小对输入固态硬盘100的数据分类，使得不同大小的数据按照预设的传输线路进行传输，并对应存储至第一NAND FLASH芯片20内的不同位置，有效地提升了固态硬盘100的数据处理效率以及使用寿命。

具体地，固态硬盘100还包括用于设置上述SSD控制器10、第一NAND FLASH芯片20以及缓存模块30的PCB基板，在制造固态硬盘100的过程中，可先提供一个PCB基板，再将准备好的SSD控制器10、第一NAND FLASH芯片20以及缓存模块30直接设置于PCB基板的设定位置上并对应连接，具体的设置顺序与位置根据制造过程具体选择即可。

多通道数量的SSD控制器10可以控制大容量的多die(封装)的存储单元(如上述第一NAND FLASH芯片20)，进而增大SSD的存储容量。在本发明实施例中，所选用的SSD控制器10的数据通道为8个，在保证有效地提升固态硬盘100的数据传输与处理速度的基础上，同时也控制了固态硬盘100的生产成本。当然，在其他的实施例中，根据实际需求还可选用16数据通道或是32数据通道的SSD控制器10，在此不做具体限制。

另外，由于第一NAND FLASH芯片20的数据处理速度相比与SSD控制器10的数据处理速度来说较低，为避免SSD控制器10的数据处理速度较快而第一NAND FLASH芯片20难以与SSD控制器10完全匹配，导致固态硬盘100的数据传输与处理效率受到影响，因此，本发明实施例中，通过步骤S2的处理，增加缓存模块30作为缓冲来临时存放写入第一NAND FLASH芯片20的数据。

如此，数据先在缓存模块30中被整理后，再写入到第一NAND FLASH芯片20中，可以提高数据写入的平滑度，使得固态硬盘100在传输大文件时，数据的写入不会有卡顿的现象，可以大幅度地提高固态硬盘100对连续大文件的传输速度。

更多地，上述缓存模块30在固态硬盘100中为Buffer，Buffer即是为了提高数据写入完成速度而设立的数据“暂存区”。当缓存模块30中的数据被写入到第一NAND FLASH芯片20中后，原本缓存于第一NAND FLASH芯片20中的原数据则被清空，以避免缓存模块30中缓存的数据过多而影响缓存模块30的缓存效果，避免固态硬盘100的数据传输受到影响。

值得注意的是，对缓存模块30进行预处理具体为对至少两种不同的缓存单元31分别进行预处理，由至少两种不同的缓存单元31并联在一起形成缓存模块30，使得缓存模块30具备至少两种不同的缓存属性，提升缓存模块30的缓存能力，进一步地提升固态硬盘100同时处理较多数据的能力。常见的缓存单元31如外置DRAM缓存、SRAM缓存以及SLC缓存等，NAND FLASH芯片在经过一些处理后也可以作为缓存单元31使用。

在步骤S3与S4中，具体可通过SSD控制器10或者缓存模块30来对写入数据的大小进行确定，以确定当前传输的数据是属于小文件(第一类数据)还是连续的大文件(第二类数据)，在确定文件类型后，将大文件与小文件分别存储于第一NAND FLASH的block(块，即不同位置)中，避免大文件与小文件随机存储于第一NAND FLASH芯片20中互相影响，保证固态硬盘100的正常数据传输。

实施例二

更进一步地，请参阅图1与图3，缓存模块30至少包括第二NAND FLASH芯片和与第二NAND FLASH芯片并联设置的DRAM芯片，步骤S1包括步骤：

S11：将第二NAND FLASH芯片中的TLC颗粒通过转化算法转化为SLC颗粒；

S12：从SSD控制器10中选取预设数量的数据通道与第二NAND FLASH芯片连接；以及

S13：提供至少两个并联设置的DRAM芯片并与SSD控制器10连接，其中，DRAM芯片的总线至少为16位。

在本发明实施例中，缓存模块30由经过预处理的第二NAND FLASH芯片和与其并联设置得DRAM芯片组成。在其他实施例中，缓存模块30还可以由至少两种其他的缓存单元31组成，在此不做具体限制。

具体地，对于第二NAND FLASH芯片的预处理为：

固态硬盘100通过NAND FLASH芯片内的闪存颗粒存储数据，其中，现有比较常见的NAND闪存颗粒为TLC颗粒，TLC(Trinary-Level Cell)颗粒每单元可存储3比特数据(3bits/cell)，由TLC颗粒形成的NAND FLASH芯片的存储容量较大，并且成本较低，但是其数据传输性能与使用寿命较差，只能经受3千次编程与擦写循环。

而SLC(Single-Level Cell)颗粒每单元可存储1比特数据(1bit/cell)，导致其形成的NAND FLASH芯片的存储容量较低，并且成本较高，但是其数据传输性能较好，使用寿命较长，可经受10万次编程与擦写循环。

数据存取原理上，SLC颗粒的架构是0和1两个充电值，即每Cell(颗粒)只能存取1bit数据，类似于开关电路，虽然简单却较为稳定。而TLC颗粒能一次性存储8个充点值(000，001，010，011，100，101，110，111)，因此密度更高，成本更低。

本发明实施例中，同时考虑到TLC颗粒较佳的存储性能与较低的成本，以及SLC颗粒较佳的数据传输性能与使用寿命，通过转化算法将第二NAND FLASH芯片中的TLC颗粒转化为SLC颗粒，虽然第二NAND FLASH芯片存储容量变低，但是单bit数据0或者1对于SSD控制器10来讲，判断数据是0还是1较为快捷，这样数据的传输速度较快。

由于SLC颗粒是单bit数据，因此只存在2个电平值，而对于TLC颗粒则需要8个电平值进行区分且需要较高的电压，而电压高则会减弱第二NAND Flash芯片架构里面的绝缘层厚度，而导致第二NAND Flash芯片的使用寿命受到影响。因此，本发明实施例中将第二NANDFLASH芯片中的TLC颗粒经过预处理全部转为SLC颗粒，提升颗粒缓存的传输速度并延长固态硬盘100的寿命。

在步骤S12中，在对SSD控制器10进行硬件设计时，选择其中的预设数量的数据通道用于连接缓存模块30中的第二NAND FLASH芯片，以使SSD控制器10与第二NAND FLASH芯片连接，实现第二NAND FLASH芯片的数据缓存功能。

在一个实施例中，上述预设数量的范围可以为1-2，如此，可保证SSD控制器10有足够的数据通道与第一NAND FLASH芯片20连接以及传输数据，既不影响SSD控制器10基本的数据传输功能，并且还可通过第二NAND FLASH芯片进行有效的数据缓存与传输。

对DRAM芯片的预处理为：

在步骤S13中，在SSD控制器10外置易失性DRAM芯片与第二NAND FLASH芯片共同构成缓存模块30，总线(Bus)是计算机各种功能部件之间传送信息的公共通信干线，它是由导线组成的传输线束，可用于传输数据，总线越多数据传输速度越快。而由于传统的DRAM芯片的总线都是4位、8位以及16位，因此传统的DRAM芯片传输速度受到一定限制。

本发明实施例中将DRAM芯片的总线扩展为至少32位，即将至少2个16位的DRAM芯片并联达到32位，所得到的缓存模块30容量更大，体积更小，传输时间更短，传输速度更快，有效地提升固态硬盘100的各项性能，并且成本也得到了一定的控制。

在其他实施例中，DRAM芯片的数量以及总线数还可以为其他，并不限于上述的2个以及16位，在具体的实施例中具体设置即可，在此不做具体限制。

实施例三

更进一步地，请参阅图1与图4，步骤S11包括步骤：

S111：舍弃第二NAND FLASH芯片中的TLC颗粒的三个bit中两个bit，以使TLC颗粒仅保留一个bit而转化为SLC颗粒。

具体地，舍弃第二NAND FLASH芯片中的TLC颗粒的三个bit中的两个bit，其中，舍弃bit的过程即为上述的转化算法，舍弃bit可以为删除或屏蔽TLC颗粒的任意两个bit，或者使TLC颗粒中的任意两个bit失效，使得原本的TLC颗粒由原本的可存储3bit数据转化为仅可存储1bit数据，以使TLC颗粒仅保留一个bit而转化为SLC颗粒，方法较为简易，实施效果较好。

在一个实施例中，若是删除TLC颗粒的任意两个bit，；在另一个实施例中，若是屏蔽TLC颗粒的任意两个bit，；在又一个实施例中，若是是TLC颗粒中的任意两个bit失效，；

当然，在其他实施例中，还可通过其他合适的方式将TLC颗粒转化为SLC颗粒，并不限于上步骤S111，在此不做具体限制。

实施例四

更进一步地，请参阅图1与图5，步骤S3包括步骤：

S31：在第一NAND FLASH芯片20内设置数据分类算法；

S32：通过SSD控制器10运行数据分类算法确定缓存模块30向第一NAND FLASH芯片20传输的数据的数据大小，并将数据大小小于预设大小的数据分类为第一类数据，将数据大小大于预设大小的数据分类为第二类数据。

具体地，本发明实施例的数据分类算法在生产设置第一NAND FLASH芯片20的同时烧录于其内，而并非是存储于SSD控制器10，避免SSD控制器10的运算处理性能受到影响，第一NAND FLASH芯片20本身即为存储器，因此可较佳地存储数据分类算法并供给与其连接的SSD控制器10读取运行。

当固态硬盘100工作时，SSD控制器10同时运行该数据分类算法，由于写入固态硬盘100的数据要经过SSD控制器10，因此SSD控制器10可方便、直接地监测要传输的文件类型，根据数据大小来判断数据是小文件还是连续大文件，即属于第一类数据还是第二类数据，对不同类型的数据做出不同的处理，保证数据准确、有序地传输。

在一个实施例中，所设定的预设大小为64kb，即小于64kb的数据为小文件(第一类数据)，大于等于64kb的为大文件(第二类数据)，以对所有的数据完成分类。在其他实施例中，数据的预设大小还可以为其他，并不限于上述的64kb，在实际的实施例中选择即可。

实施例五

更进一步地，请参阅图1与图6，步骤S4包括步骤：

S41：将第一类数据暂存于缓存模块30中，当第一类数据累积至设定大小后传输至第一NAND FLASH芯片20中的第一设定位置进行存储；以及

S42：将第二类数据经由缓存模块30暂存后，直接传输至第一NAND FLASH芯片20中的第二设定位置进行存储。

具体地，在SSD控制器10对完成对当前传输数据的分类后，进而采用不同的方式对第一类数据与第二类数据进行传输与存储，使得第一类数据与第二数据分别存在第一NANDFLASH芯片20中的不同block中，在对不同类的数据完成区分的同时，后续还可对第一类数据与第二类数据在第一设定位置与第二设定位置做出准确、有序的控制与管理。

当数据是小文件(第一类数据)时，将之暂时存在缓存模块30中，当小文件(第一类数据)的数量达到一定时，即累积到设定大小时，将这些小文件(第一类数据)一起传输到第一NAND FLASH的blcok(第一设定位置)中，避免单次传输小文件(第一类数据)时其随机存储在第一NAND FLASH的blcok中，而导致固态硬盘100的容量空间不够时，需要来回搬迁整理block中的数据，以空出新的存储空间来存放后续传输数据。

第二类数据由于是连续的大文件，因此在短暂缓存于缓存模块30后，可直接传输至第一NAND FLASH芯片20的第二设定位置，后续无需再进行搬迁整理，可有效地提升数据的传输速度。

实施例六

请参阅图1，本发明实施例还提供了一种通过上述固态硬盘100的制造方法制造而成的固态硬盘100。

本发明实施例的固态硬盘100中，固态硬盘100的SSD控制器10的数据通道的数量至少为8个，相比于现有的2数据通道或4数据通道的固态硬盘来说，较大幅度地增加了的数据通道的数量，多数据通道的SSD控制器10可以控制大容量的多封装的存储模块，进而增大固态硬盘100的存储容量，并提升数据传输速度等性能，并且设置由至少两种不同的缓存单元31组成的缓存模块30，可对输入固态硬盘100的数据进行缓存，有效地提升了固态硬盘100的数据传输速度。

同时，本发明实施例的固态硬盘100还可根据数据大小对输入的数据进行分类，使得不同大小的数据按照预设的传输线路进行传输，并对应存储至第一NAND FLASH芯片20内的不同位置，有效地提升了固态硬盘100的数据处理效率以及使用寿命。

在本说明书的描述中，参考术语“实施例一”、“实施例二”等的描述意指结合实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。