Влияет ли охлаждение микросхем NAND на SSD отрицательно на его надежность?

Проблема рассеивания тепла в высокопроизводительных твердотельных накопителях малого форм-фактора хорошо известна, например, статья Transient Thermal Analysis for M.2 SSD Thermal Throttling, опубликованная в 2018 году на 17-й межобщественной конференции IEEE по тепловым и термомеханическим явлениям в электронных системах. состояния:

Технология твердотельных накопителей (SSD) продолжает развиваться в сторону меньших размеров с более высокой пропускной способностью и внедрением новых интерфейсов ввода-вывода в сегменте рынка ПК. Требования к производительности питания ужесточаются в процессе проектирования для удовлетворения конкретных требований наряду с развитием технологии SSD. Чтобы удовлетворить эти жесткие требования к производительности, одной из основных проблем является тепловое дросселирование. Когда температура переходов NAND и ASIC приближается к безопасному рабочему пределу, срабатывает регулирование производительности, и, следовательно, энергопотребление соответственно снижается.

Естественно, если позволяет место, добавление огромного радиатора является возможным решением этой проблемы, на рынке игр для ПК доступно множество продуктов. Я также вижу, что многие пассивные адаптеры M.2-PCI-E на рынке имеют встроенные радиаторы за счет добавления огромной медной заливки с соединением с заземляющей пластиной под разъемом M.2.

Но на случайных форумах по компьютерному оборудованию можно найти много сообщений без источников, в которых утверждается, что чипы NAND никогда не следует охлаждать. Утверждается, что они на самом деле предназначены для разогрева до оптимальной рабочей температуры, а добавление радиатора к чипам NAND отрицательно сказывается на их надежности. Вот несколько примеров.

В одном утверждении говорится,

Не охлаждайте кристаллы NAND сами по себе!

Они нагреваются до рабочей температуры по своей конструкции, их охлаждение означает, что они просто постоянно сбрасывают энергию, пытаясь достичь температуры, и будут работать с меньшей выносливостью (упрощенно: более высокая рабочая температура = меньше энергии, потребляемой для установки/стирания ячеек = меньше деградации). каждой ячейки за цикл записи/стирания).

В другом утверждении говорится,

Охлаждение NAND плохое. Вы хотите, чтобы NAND нагревался и оставался теплым. Поскольку его температура колеблется, и по мере остывания, если вы вдруг передадите большой файл (чтение или запись, я не помню), пока NAND не успела сначала прогреться, это может значительно сократить срок службы НАНД.

Мне это не кажется правильным. Это предполагает, что микросхемы NAND зависят от эффекта самонагрева для достижения оптимальной рабочей температуры, чего я никогда раньше не слышал. Единственные известные мне микросхемы, в которых используется самонагрев, — это источники опорного напряжения «Super Zener» National LM199/299/399 и тепловой преобразователь RMS-DC LT1088 компании Linear Technology. Но я не верю, что чипы NAND имеют какое-то отношение к самонагреву.

Я попытался проверить факты и/или опровергнуть это заявление, начав с поиска описания чипа NAND, найденного в некоторых последних твердотельных накопителях. Я пошел в Digikey и Mouser, поставил фильтр на максимальную плотность хранения и отсортировал их по ценам. К сожалению, похоже, даташиты недоступны (все под NDA? Я не туда смотрю?).

Имеют ли эти странные утверждения под собой какое-либо фактическое основание?

Пожалуйста, укажите ссылку на опубликованную вами претензию - добавьте гиперссылку.
anandtech.com/show/15182/… Это вклад пользователя.

Ответы (3)

В статье Влияние температуры хранения, операций записи и чтения на многоуровневые ячейки флэш-памяти NAND от 2018 года показан следующий график, из которого следует, что запись на флэш-ячейки при температуре 25°C или ниже приводит к более ранним проблемам при чтении по сравнению с запись при 85°С.

В своем обсуждении они выводят следующие рассуждения:

Большинство флэш-памяти NAND реализуют эффект туннелирования Фаулера-Нордхейма 1 , чтобы вводить заряды через плавающий затвор [7] во время операции записи. Во время циклов записи схема программирования управляет зарядом ячеек, чтобы обеспечить достаточный запас порога напряжения. Предполагается, что схема управления записью, вероятно, дрейфует при низких температурах. Действительно, параметры транзистора (пороговое напряжение и коэффициент усиления) меняются в зависимости от температуры, что, в свою очередь, вызывает сдвиги тока стока.

И в заключении резюмируют:

Операции записи при низких температурах приводят к уменьшению времени хранения данных, вероятно, не из-за деградации ячейки, а из-за дрейфа параметров встроенной электроники кристалла, предназначенной для операций записи.

Это говорит о том, почему комментарий, процитированный в вопросе, может говорить об этом.
Но на практике я бы предположил, что этот эффект не имеет значения, потому что лучшее охлаждение флэш-памяти просто даст контроллеру флэш-памяти больше возможностей для более высокой производительности при сохранении той же температуры (при условии охлаждения с помощью традиционного радиатора). Однако , увидев приведенные выше измерения, я бы НЕ стал охлаждать свой SSD с помощью LN2.

введите описание изображения здесь
https://doi.org/10.1016/j.microrel.2018.06.088

Спасибо за пост! Добавление медной заливки, подключенной к заземляющей пластине на адаптере PCI-E, крайне маловероятно, чтобы охладить чип NAND до 25 ° C (будь то переход или температура окружающей среды), я бы сказал, что корпус закрыт, и они совершенно безопасны. конструкции.
Там интересная находка. Он ясно показывает, что влияние высокой температуры преобладает над напряжением, вызванным письмом при более низких температурах. Именно ту бумагу, которую я искал, но не нашел.

Во-первых, я не думаю (например, не сталкивался), что чипы флешек будут активно греться. Они просто нагреваются, когда используются как процессор. Энергопотребление и измерения температуры твердотельных накопителей, по-видимому, также указывают на это (они будут потреблять довольно много энергии в режиме ожидания, чтобы поддерживать оптимальную температуру).

Я думаю, претензия смотрит только на что-то одно, а не на всю картину. В этой статье на EEWEB показаны две вещи, которые следует учитывать. Raw Bit Error Rate (RBER) и сохранение данных. Существует определенное увеличение RBER при понижении температуры, но в то же время сохранение данных значительно снижается при более высоких температурах.

Вероятно, существуют разные режимы отказа, которые по-разному влияют на разные температуры. Видя, что сохранение данных значительно снижается при повышенных температурах (выше 55 ° C), я бы попытался сохранить его относительно прохладным.

Данные свидетельствуют о том , что пребывание при комнатной температуре не оказывает негативного влияния, поскольку сохранение данных намного лучше, чем при более высоких температурах.

Удивительно трудно найти что-либо об удержании и выносливости при температурах ниже 25 °C.

Насколько верно это утверждение?

На мой взгляд: это совершенно неправда .

Насколько я знаю, "оптимальной" температуры не существует, максимальная температура, при которой будут работать чипы, ограничивается термоконтролем на чипе. Чипы сами замедляются при достижении максимальной рабочей температуры. Замедление означает меньшее энергопотребление, а значит, меньшее выделение тепла, поэтому температура чипов стабилизируется на максимальном значении, которое контролируется чипом.

При подключении радиатора на чипах может рассеиваться больше энергии, пока они находятся при той же температуре. Отводить тепло от чипов поможет радиатор. По мере рассеивания большей мощности чипы могут работать с более высокой скоростью.

более высокая рабочая температура = меньшие затраты энергии на установку/стирание ячеек = меньшая деградация каждой ячейки за цикл записи/стирания

Я сомневаюсь, что количество энергии, необходимое для записи в ячейку, так сильно зависит от температуры. Кроме того, это, похоже, относится только к записи в ячейки, а не к чтению. Доказано, что охлаждение SSD увеличивает скорость чтения.

Автор статьи (вы должны указать ссылку там, где она вам понравилась) похоже, не очень хорошо понимает, как работает флэш-память.

Ваше личное мнение совершенно не имеет значения и оно ужасно ошибочно. Вы путаете то, что делает контроллер и настоящие NAND. Если бы вы читали газету, вы бы знали, что ваша последняя фраза тоже неверна. Вы восполняете свой недостаток знаний "мнениями", а потом даже осмеливаетесь дискредитировать оп?
Влияет ли охлаждение микросхем NAND на SSD отрицательно на его надежность?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 1v