SSD同步闪存和异步闪存的区别详细分析

在对SSD的讲解中，很多朋友会问到同步颗粒与异步颗粒的问题，今天就来谈一谈有关同步与异步的区别，首先构成SSD的为主控芯片和NAND闪存，如今的SATA3主控主要为四家，去年的市场一度以Marvell和SandForce两大主控平分天下，如今三星也发布采用自主研发主控的SATA3.0固态硬盘，OCZ也启用了自主研发的Indilinx Everest 2 顶级主控。

而同一个品牌，采用了相同的主控，不同的芯片之后，性能差距就会有明显的区别，比如OCZ之前采用SandForce SF-2281时，但是通过不同的闪存与固件搭配划分出Vertex 3 MAX IOPS、Vertex 3、Agility 3与Solid 3等不同层次的产品，相互之间性能差异比较大。

可见SSD所用的固件与闪存种类都是对其性能有相当大影响的，那么对于同步闪存与异步闪存的区分。首先目前闪存制造厂主要分为三星与东芝联合的ToggleDDR阵营和英特尔与美光为首的ONFI阵营，他们各有各的接口，产品之间的规格也不相同， 主流的SandForce SF-2000系列主控和Marvell 88SS9174主控都提供了对ONFI和ToggleDDR标准闪存的支持，下面就来介绍一下这两个标准。

英特尔与镁光的ONFI接口标准

ONFI(Open NAND Flash Interface)标准是由英特尔，镁光，海力士，台湾群联电子，SanDisk， 索尼，飞索半导体为首宣布统一制定的连接NAND闪存和控制芯片的接口标准，当初制定ONFI标准的主要目的是统一当时混乱的闪存标准。

2006年，随着手机、MP3播放器、U盘的需求量逐渐增大，以及开始步入消费市场的SSD，市场对NAND闪存的需求也增加不少，而当时各个闪存制造厂所用的设计标准各有不同，这样导致闪存控制器厂商和下游产品制造厂在制作产品时碰到各种麻烦，业界迫切需求一个统一的标准，这就是ONFI的诞生背景。

ONFI 1.0制定于2006年12月，内容主要是制定闪存的物理接口、封装、工作机制、控制指令、寄存器等规范，增加对ECC的支持，传输带宽从传统的Legacy接口的40MB/s提升到50MB/s，性能提升幅度不大，不过其主要目的还是统一闪存接口规范，减轻产品厂商的开发压力。

ONFI 2.0标准诞生于2008年2月，2.0标准将带宽速度提高到133MB/s以满足高速设备对闪存性能的需求，在该版本中，主要是通过两项技术来提高传输速度。第一项就是在DRAM领域里常用的DDR(Double Data Rate，双倍数据率)信号技术。第二项是使用源同步时钟来精确控制锁存信号，使其能够达到更高的工作频率。

ONFI 2.1标准于2009年1月发布，带宽提升到166MB/s和200MB/s(工作模式不同速度不同)，8KB page数据传输延时降低，改良电源管理降低写入操作能耗，加强ECC纠错能力，新增“Small Data Move”与“Change Row Address”指令。

ONFI 2.2发表于2009年10月，增加了LUN(逻辑单元号)重置、增强页编程寄存器的清除和新的ICC测量和规范。LUN重置和页编程寄存器清除提升了拥有多个NAND闪存芯片设备的处理效率，ICC规范则简化了下游厂家的测试程序。

ONFI 2.3在2010年8月的闪存峰会上发布，在2.2标准的基础上加入了EZ-NAND协议。EZ-NAND是Error Zero NAND的简写，这一协议将NAND闪存的纠错码管理由主控芯片中转移到闪存自身，以减轻主控芯片负担。

2011年的3月ONFI 3.0规范发布，通过使用非易失性DDR2接口(NV-DDR2)，NAND闪存接口的传输速度得以翻番达到400MB/s(或者说400MT/s)，同时继续保持向下兼容。

三星与东芝的ToggleDDR阵营

Toggle DDR是由三星和东芝(Toshiba)两大NAND Flash巨擘，以DDR(Double Data Rate)的接口技术为基础所共同制订的新技术。

原有的SDR NAND FLASH架构传输速度为每秒40MB/s，Toggle DDR 1.0技术规格的最大传输速度提升至每秒133MB/s，而Toggle DDR 2.0的最大传输速度更提升至400MB/s，是Toggle DDR 1.0技术的3倍，更是现有SDR NAND FLASH架构传输速度的10倍;再者，三星和东芝已向JEDEC固态技术协会(Solid State Technology Association)提出了标准化方案。

三星2010年也开始将Toggle DDR技术导入量产，也推出第1款采用Toggle DDR技术的SSD，是采用30奈米制程的32Gb芯片制造，此款SSD的连续读取速度最高可达250MB/s，连续写入速度最大可到220MB/s。

同步与异步差异的来源

我们经常说闪存的同步与异步模式，其实是在ONFI 2.0标准中新加入的特性(ToggleDDR不存在同步闪存的情况，均为异步设计，但性能仍然强悍，所以在这里我们只讨论ONFI标准的同异步情况)，ONFI 2.0标准在NAND中加入了同步时钟发生器，主控可以通过发送同步指令激活闪存上的同步时钟信号，使闪存工作在同步模式 ，此时闪存的数据传输速率会大幅度提升，异步模式相当于ONFI 1.0，闪存的带宽为50MB/s，而同步模式下闪存至少也符合ONFI 2.0，闪存带宽可达到133MB/s以上。3.0规范下，闪存带宽可达到400MB/s以上。

实际上同步与异步闪存都是同一生产线上下来的，颗粒品质的优劣才产生了这样的区别。所谓异步颗粒，我们可以判断它是在原厂检测中，无法通过所有最严格的测试，而在降低性能后(只允许使用异步，而不使用同步模式)，其它质量测试都可通过的颗粒，所以原厂仍把它们作为合格的产品(标记为仅可跑异步模式)出售。

开机时SSD是运行在异步模式的，只有当主控发送同步指令给闪存后，才激活闪存上的源同步时钟，然后针脚定义发生改变，激活DQS信号， 让其工作在同步模式，并将异步模式下的WE#信号变为CLK信号，RE#变为W/R信号，同步模式下DQS信号的上升沿与下级沿都能控制信号的传输，使传输速度翻倍。

同异步闪存具体成绩与价格对比

下面我们从具体成绩上看一下同步闪存与异步闪存对产品产生的差距，下面两张图分别是同容量同主控的同异步颗粒产品成绩，异步闪存读取写入成绩为203MB/s、141MB/s，而同步闪存为451MB/s、168MB/s，可以看到同步模式中，成绩远突出于异步成绩。

120GB同主控异步颗粒成绩

120GB同主控同步颗粒成绩

从价格表中可以看出同步颗粒价格均高于异步闪存，源于同步闪存更优质

从上表可以看出，Intel 520与金士顿V+200分别采用了同主控的Intel同/异步颗粒，撇除固件因素，也能够看出同异步颗粒对SSD速度产生的影响。

其实为了考虑兼容性(旧式主控无法支持同步模式)，SSD启动时都是默认使用异步模式，然后靠固件发送一个同步指令给主控，即切换成同步模式，那SSD即使用了异步颗粒，只要让固件强制发送此同步指令，也仍然可以强开同步跑出同步颗粒的成绩。

只是这里我们需要担心的是，既然原厂认为这些闪存不适合跑同步模式，如此强制它们去跑，会让这些闪存的损坏率大大提升，SSD是用来存放数据的，若出问题那很可能就代表我们的数据会丢失，若这些数据对我们非常重要且无法找回，那这种损失对我们来说就不是金钱可以替代的。所以在这里，笔者还是建议大家选购同步颗粒产品，不管在速度还是性能上都要优于异步产品，虽然价格上有些差距，不过区区百元的价格差异换来性能上的明显提升与稳定还是值得考虑的。

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