最新：英特尔迅盘技术深度解析（加精哦）

mengchen

不久前，Intel发布新一代移动处理器平台，在这个新的平台中，最引人关注的不是全新的处理器、芯片组和无线网络，而是一项全新的技术——迅盘。Intel官方资料显示，最新移动处理器平台采用代号为FRMT（Flash Response Memory Technology）的“Intel Turbo Memory”技术，中文名称为“迅盘”。
       迅盘、FRMT、NAND、Robson等等众多名称究竟是怎么个关系呢？本文将为您全面讲解。



● 技术瓶颈：推动闪存发展

　　硬盘的发展中，一直没有脱离“机电一体”的“阴影”。众所周知，主流电脑中机电一体的设备包括软驱，光驱和硬盘。软驱已经随着系统的飞速发展被淘汰；而光驱在不断增加介质容量的同时，转速也在不停的攀升，但是依旧不是系统瓶颈的所在。

    如今，技术的焦点已经转移到硬盘身上。相信每一位电脑的使用者都有过在使用大软件，或者在繁杂细碎的文件处理时听着硬盘嘎吱嘎吱的“叫唤”，尽管当前CPU的运算速度已经达到了一个匪夷所思的程度，然而此时的用户也只能在硬盘灯狂闪的情况下等待系统缓慢的回应。在CPU，显卡之流的性能以几何速度攀升的时候，硬盘能做的也只是在尽量扩充自己的容量，可是这种扩充恰恰会让机电一体所带来的性能极限更加显现出来。



主流2.5英寸笔记本硬盘

    以目前来看硬盘的发展已经面临了两种极限：容量与速度。盘片是在铝制合金或者玻璃基层的超平滑表面上依次涂敷薄磁涂层、保护涂层和表面润滑剂等形成的。由于磁颗粒的单轴异向性和体积也不能一味地提高，它们受限于磁头能提供的写入场以及介质信噪比的限制。当磁颗粒的体积太小的时候，能影响其磁滞的因素就不仅仅是外部磁场了，些许的热量就会影响磁颗粒的磁滞（譬如室温下的热能），从而导致磁记录设备上的数据丢失，这种现象就是“超顺磁效应”。

    如果说“超顺磁效应影响了硬盘容量的发展，那么主轴电机的转速就是另一个罪魁祸首了。当前的硬盘主轴转速最高已经达到了15000rpm，受限于发热量与噪音的关系，其转速已经很难再提升了。

    在计算机快速发展的今天，传统的温彻斯特式硬盘已经逐渐成为了系统速度瓶颈的所在。有机械，就会有性能的上限，然而现在我们早已摸到了这个令人棘手的上限了！

[ 本帖最后由 mengchen 于 2007-5-17 13:05 编辑 ]

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● 微软：措施：微软在努力 可是收效甚微

      作为软件业的老大——微软也感受到了这个棘手的问题，毕竟硬盘这个令人棘手的系统瓶颈，在对操作系统的发展方面也存在了极大的阻碍。所以这次在新推出的Windows vista操作系统中加入了Ready Boost与Ready Driver两项新技术。

　　在传统的Windows操作系统中都会涉及到“虚拟内存”的问题。就是在物理内存不足以应对相关软件使用时，将内存中已被缓存的部分数据拷贝至硬盘，腾出相应的空间之后再对当前使用软件进行缓存。



Ready Boost文件夹

    “虚拟内存”技术虽然解决了物理内存不足的问题，不过如果在程序运行过程中对物理内存进行频繁的读写操作，而此时若物理内存再次告罄，则需要进行换页操作，随之而来的就是对硬盘的频繁读写，也就会造成当前应用程序缓慢。而Ready Boost技术允许用户将普通的闪存盘暂时充当为系统缓存来使用，借助非易失闪存快速读写的特性来加速系统及软件的运行。

　　而Ready Driver技术则是针对目前混合式硬盘(Hybrid Hard Disk)而推出的。混合式硬盘就是在不完全淘汰传统的温彻斯特硬盘的基础上相应的在硬盘与I/O系统之间加入“二级缓存模块”也就是为硬盘单独配置一套静态缓存，以降低硬盘的读写负担，加快系统整体运行速度。Ready Driver便是对此进行软件上的支持及优化。


Ready Driver工作示意图

　　其实两者的技术特点相对差别不大，都是在硬盘与I/O系统之间架设一个新的缓存桥梁，用高速非易失性闪存来解决传统温彻斯特式硬盘所带来的性能极限。只是Ready Boost对闪存盘的要求过分苛刻，一般市面的闪存盘由于性能低下，结果经常导致系统性能不升反降，而很多用户也不愿意总是把这类移动存储器长期外挂在机器上。混合式硬盘看上去很不错，可是这却会增加成本，造成浪费，因为在机械部分损坏的时候，闪存芯片却仍是完好的，反之则依然。对于硬盘厂商而言，他们更愿意去支持一种技术而不是去重新加入一种技术。

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● 英特尔：迅盘诞生 速度提升2倍

    2007年5月9日，我们又看到了这种瓶颈的一种解决方法。这天，英特尔携Santa Rosa走进了北京引擎俱乐部的会议厅，正式的发布了这款革命性的新一代迅驰平台。但这次与以往不同的是，在CPU，芯片组，无线模块三位一体的迅驰平台上又有了一个新增加的技术亮点，代号为FRMT(Robson)的Intel Turbo Memory技术，中文名称为“迅盘”。

　　迅盘的产生是基于NAND，这种非易失性闪存的。由于NAND闪存容量大，非易失性，体积小，功耗低等特点，英特尔开始考虑把高速NAND闪存架设到硬盘与系统I/O之间。与混合式硬盘不同的是，它将成一个单独的模块。这就是所谓的“迅盘”模块。

　　这次发布会上，英特尔的迅盘技术显得极为耀眼。该技术终于在软硬件之间找到了一个平衡点。前面已介绍过，迅盘是采用NAND闪存作为硬盘的高速缓存存储介质，以达到大幅度提高数据读写速度的目的。

    迅盘模块采用的是闪存模块＋主控芯片设计方式，其中扩展卡包括一颗主控制芯片和以NAND闪存为基础的存储部分，其中主控制芯片针对数据的读写进行相应的控制，类似北桥芯片组中的内存控制器，NAND芯片则作为数据的存放仓库，目前容量被限定在128MB～4GB范围内。不过，越大的容量，可存储的数据越多，所达到的效果也就越好。迅盘模块更是将多块闪存芯片集成在一起，在获得高存储容量的同时还能达到和RAID 0（磁盘阵列0）相同的加速效果，使性能更上一层楼。




    迅盘模块既可以使用Mini PCI-E 1×接口也可以直接集成于主板之上，通过PCI-E总线与系统I/O控制器进行数据交换。迅盘中还有一个名为“智能预存取”的技术，它能够判断出系统即将使用哪些数据，并预先把数据写入闪存芯片中，这样一来当启动操作系统或该应用程序时，CPU将直接从NAND闪存中获取数据，再将其转入内存中。由于是高速闪存之间的数据传递，其读取速方式也变成了简单的电信号传输，省去了硬盘的机械动作，数据加载所需的时间自然大幅度降低，从而达到快速启动程序的目的。

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● 迅盘的使用条件：BIOS、vista系统

　“迅盘”的使用条件也相对比较苛刻，首先南桥芯片要求为迅驰４平台所特有的ICH8M南桥；支持SATA接口的硬盘，并且在BIOS中也不能将其设置成PATA兼容模式，否则在操作系统中的“Intel Turbo Memory”控制台将不能打开。




BIOS相关设置项（点击放大)

    从该图可以看出，“迅盘”技术必须伴随SATA中的AHCI技术。所以很自然的该技术选项也成为了迅盘的“开关”。当然直接将SATA模式改为PATA模式也可以达到关闭“迅盘”的目的。


BIOS关闭情况下，“Intel Turbo Memory”控制台

    从上图可以看出，如果在BIOS关闭的情况下，“Intel Turbo Memory”控制台中相关设置均为灰色的非可选状态。




“Intel Turbo Memory”控制台中开启“迅盘”

    由于“迅盘”技术需要Windows Vista中Ready Boost与Ready Drive的支持，所以操作系统方面也被限定为Windows Vista。并且在使用的时候记得将“Intel Turbo Memory”控制台中关于Ready Boost与Ready Drive的选项打开哦！

[ 本帖最后由 mengchen 于 2007-5-17 16:49 编辑 ]

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迅盘的组成部分：NAND高速闪存

    本节中我们将为您介绍迅盘的存储介质——NAND高速闪存模块。提到高速闪存模块，就要从闪存模块的种类谈起。

·闪存的种类：NOR与NAND

　　一般高速闪存模块分为两种规格，NOR Flash和NAND Flash，它们均为非易失性闪存模块。NOR又称Code Flash，有些类似于DRAM。它以存储程序代码为主，所以可以让微处理器直接读取，但晶片容量较低，主流容量为512MB。而NAND闪存则更像硬盘，它以存储数据为主，故又称Data Flash。它的特点是晶片容量大，目前主流容量分为512MB、1GB、2GB等。二者最大的区别在于读写速度，NAND闪存写入与清除资料的速度远快于NOR，但是NOR闪存在读取资料的速度则快于NAND规格。NAND多应用在小型机，以储存资料为主，NOR规格则多应用在通讯产品中，如手机。



NAND闪存颗粒

    Intel于1988年首先开发出NOR Flash技术，彻底改变了原先由EPROM和EEPROM一统天下的局面。随后，1989年，东芝公司发表了NAND Flash结构，强调降低每比特的成本，更高的性能，并且象磁盘一样可以通过接口轻松升级。在近20年的时间里，这两种类型的闪存技术被广泛应用到手机市场、数码相机市场以及移动存储市场。

    如今，随着科学技术的不断扩大，NOR和NAND闪存也得到了进一步提升。新版的NOR闪存接口将使用133MHz甚至更高的频率，而且它将被用于3G以及UMTS手机。而NAND由于写入速度较快，加上功耗低开始逐渐被用于PC。至此，闪存技术解决方案开始衍变为一个不断变化的多应用需要，日益多元化的需求的更有效解决办法。当然，由于本文主要讲述NAND，因此，被用于移动通信平台的NOR在此就不做过多介绍了。

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● NAND闪存的三种架构：MLC、SLC、MBC

　　我们先来看看NAND闪存的内部架构。NAND闪存可以分为三种不同架构，即：单层单元SLC （Single Level Cell）；多层单元MLC（Multi Level Cell）；多位单元MBC（Multi Bit Cell）。其中，MBC以NROM技术为基础的NAND闪存架构，由英飞凌与Saifun合作开发，但该项架构技术并不成熟。

　　采SLC架构是在每个Cell中存储1个bit的信息，以达到其稳定、读写速度快等特点，Cell可擦写次数为10万次左右。作为SLC架构，其也有很大的缺点，就是面积容量相对比较小，并且由于技术限制，基本上很难再向前发展了。



SLC和MLC结构和工作原理示意图

　　1997年，MLC架构的NAND闪存被英特尔率先研发出来，其原理是将2个或2个以上bit以上的信息写入一个浮动栅，然后利用不同电位的电荷，透过内存储存格的电压控制精准读写。由于其成本低，容量大，自问世以来得到了包括英特尔在内的多家闪存大厂的支持，其中东芝公司更是看好MLC技术，并大力发展。但是MLC架构也同样有其缺点，首先是运行情况不及SLC架构来的稳定；而且相对读写速率也较SLC慢；其次MLC的可写入次数仅为1万次左右。因此，MLC架构的NAND芯片一度被认为是低质低价的闪存芯片。但是由于其容量上的先天优势，MLC技术也在不断改进和发展。


两个MCL Block的NAND flash

　　因为其低成本及容量高的关系，该类型闪存已经主宰了我们身边的众多存储媒介。由于目前移动设备的不断增长，大容量高速非易失性存储设备成为市场需求的目标。

    根据测试样机中的迅盘模块上闪存的编号可以判断出，该迅盘模块使用的是两颗编号为29F04G08AANBI的512MB闪存芯片，该芯片使用TSOP封装模式，属于MLC架构。从该处也可以看出，英特尔对MLC架构的NAND闪存芯片的性能及稳定性已经有了充分的信心，并且为其将来的容量扩充也做好了准备。

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● NAND闪存的三种架构：MLC、SLC、MBC

　　我们先来看看NAND闪存的内部架构。NAND闪存可以分为三种不同架构，即：单层单元SLC （Single Level Cell）；多层单元MLC（Multi Level Cell）；多位单元MBC（Multi Bit Cell）。其中，MBC以NROM技术为基础的NAND闪存架构，由英飞凌与Saifun合作开发，但该项架构技术并不成熟。

　　采SLC架构是在每个Cell中存储1个bit的信息，以达到其稳定、读写速度快等特点，Cell可擦写次数为10万次左右。作为SLC架构，其也有很大的缺点，就是面积容量相对比较小，并且由于技术限制，基本上很难再向前发展了。



SLC和MLC结构和工作原理示意图

　　1997年，MLC架构的NAND闪存被英特尔率先研发出来，其原理是将2个或2个以上bit以上的信息写入一个浮动栅，然后利用不同电位的电荷，透过内存储存格的电压控制精准读写。由于其成本低，容量大，自问世以来得到了包括英特尔在内的多家闪存大厂的支持，其中东芝公司更是看好MLC技术，并大力发展。但是MLC架构也同样有其缺点，首先是运行情况不及SLC架构来的稳定；而且相对读写速率也较SLC慢；其次MLC的可写入次数仅为1万次左右。因此，MLC架构的NAND芯片一度被认为是低质低价的闪存芯片。但是由于其容量上的先天优势，MLC技术也在不断改进和发展。


两个MCL Block的NAND flash

　　因为其低成本及容量高的关系，该类型闪存已经主宰了我们身边的众多存储媒介。由于目前移动设备的不断增长，大容量高速非易失性存储设备成为市场需求的目标。

    根据测试样机中的迅盘模块上闪存的编号可以判断出，该迅盘模块使用的是两颗编号为29F04G08AANBI的512MB闪存芯片，该芯片使用TSOP封装模式，属于MLC架构。从该处也可以看出，英特尔对MLC架构的NAND闪存芯片的性能及稳定性已经有了充分的信心，并且为其将来的容量扩充也做好了准备。

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●主控芯片：沉有钻石的湖泊--Diamond Lake ASIC

    有了NAND闪存作为高速存储介质，剩下的就要看它的控制调配系统，也就是迅盘的控制核心--Diamond Lake ASIC。

    这颗名为Diamond Lake的ASIC芯片是一颗8mm×8mm大小，拥有68个针脚的芯片。ASIC（Application Specific Intergrated Circuits）本身是一种专用的集成电路，是根据用户特定要求和特定电子系统的需要而设计制造的。该ASIC具有用户现场可编程特性，并且支持边界扫描技术。说得直白一些，集成在迅盘上的这颗ASIC控制芯片扮演了传统北桥芯片中的内存控制器的角色，它对读写的数据进行分类控制，通过其来控制硬盘、闪存单元、内存之间的数据交换。



红色区域：控制芯片



    Diamond Lake ASIC决定了迅盘系统所能使用闪存的最大容量、类型、速度、闪存内数据深度和数据宽度等等重要参数，可以说决定了整个迅盘系统的性能。我们认为，迅盘有了这颗Diamond Lake ASIC芯片，再配合BIOS中的DFOROM（磁盘过滤ROM，相当于在BIOS中写入迅盘的驱动程序）这个预引导软件，就可以获得硬件级的缓存效果。

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● JTAG接口：闪存与I/O系统的链接

    有了控制调配芯片，闪存与I/O系统之间高速链接的硬件条件就有了，下面要解决的就是互联的通道了，如何创建一个高速链接的通道成为了一个最大的挑战，这里便涉及到了一个国际标准——JTAG协议。


    JTAG（Joint Test Action Group，联合测试行动小组）是一种国际标准测试协议（IEEE 1149.1兼容），主要用于芯片内部测试。现在多数的高级器件都支持JTAG协议，如DSP、FPGA器件等，而Robson模组也不例外。本章节我们将详细介绍JTAG协议，来看看它是如何帮助芯片传输的。



原理：写入方式

    通常所说的JTAG大致分两类：一类用于测试芯片的电气特性，检测芯片是否有问题；另一类便是用于Debug；一般支持JTAG的主控芯片内部都包含了这两个模块。直白的说，一个具有JTAG Debug接口模块的控制芯片，只要时钟正常，就可以通过JTAG的接口访问芯片内部寄存器与连接于该主控芯片上的设备，比如迅盘模块上连接于Diamond Lake ASIC的NAND闪存。其原理是：在PCB电路设计好后，即可用程序先通过JTAG进行指令控制，通过TDI送入JTAG控制器的指令寄存器中，再通过TDI将要写入闪存芯片的地址、数据及控制线信号载入BSR中，并将数据锁存到BSC中，最后用EXTEST指令通过BSC将数据写入闪存。 如图：


针脚定义

    标准的JTAG接口是4线：TMS、TCK、TDI、TDO，分别为模式选择、时钟、数据输入和数据输出线。JTAG的接口是一种非常特殊的4线接口，在电路版上的芯片可以将它们的JTAG接脚通过菊花链的方式连在一起，然后，只需连接到一个“JTAG端口”就可以访问一块电路板上的所有芯片，节省了针脚所占用的空间，由于所有芯片都用一个针脚传输，所以加快了传输的速度。

    早期的JTAG是用来对芯片进行测试的，基本原理是在器件内部定义一个TAP（Test Access Port，测试访问口）通过专用的JTAG测试工具对进行内部节点进行测试。刚才我们也提到过，JTAG测试允许多个器件通过JTAG接口串联在一起，形成一个JTAG链，能实现对各个器件分别测试。然而现在，JTAG接口大多被用于实现ISP（In-System rogrammable，在线编程），对flash等器件进行编程。


快速在线编程

    对闪存的在线编程有什么好处呢？首先，传统生产流程中先对芯片进行预编程，然后再装到PCB板；而JTAG则不同，其流程为，先将芯片焊接到PCB上，再通过JTAG接口进行编程，从而大大的加快了进度。由于，JTAG接口可对芯片内部的所有部件进行编程，所以日后方便对迅盘模块进行修改。

    迅盘技术的内部构造解析至此就告一段落，下面我们会通过10余项专业测试来说明迅盘的性能是否能够给整体系统带来提升，马上进入测试环节。

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● JTAG接口：闪存与I/O系统的链接

    有了控制调配芯片，闪存与I/O系统之间高速链接的硬件条件就有了，下面要解决的就是互联的通道了，如何创建一个高速链接的通道成为了一个最大的挑战，这里便涉及到了一个国际标准——JTAG协议。


    JTAG（Joint Test Action Group，联合测试行动小组）是一种国际标准测试协议（IEEE 1149.1兼容），主要用于芯片内部测试。现在多数的高级器件都支持JTAG协议，如DSP、FPGA器件等，而Robson模组也不例外。本章节我们将详细介绍JTAG协议，来看看它是如何帮助芯片传输的。



原理：写入方式

    通常所说的JTAG大致分两类：一类用于测试芯片的电气特性，检测芯片是否有问题；另一类便是用于Debug；一般支持JTAG的主控芯片内部都包含了这两个模块。直白的说，一个具有JTAG Debug接口模块的控制芯片，只要时钟正常，就可以通过JTAG的接口访问芯片内部寄存器与连接于该主控芯片上的设备，比如迅盘模块上连接于Diamond Lake ASIC的NAND闪存。其原理是：在PCB电路设计好后，即可用程序先通过JTAG进行指令控制，通过TDI送入JTAG控制器的指令寄存器中，再通过TDI将要写入闪存芯片的地址、数据及控制线信号载入BSR中，并将数据锁存到BSC中，最后用EXTEST指令通过BSC将数据写入闪存。 如图：


针脚定义

    标准的JTAG接口是4线：TMS、TCK、TDI、TDO，分别为模式选择、时钟、数据输入和数据输出线。JTAG的接口是一种非常特殊的4线接口，在电路版上的芯片可以将它们的JTAG接脚通过菊花链的方式连在一起，然后，只需连接到一个“JTAG端口”就可以访问一块电路板上的所有芯片，节省了针脚所占用的空间，由于所有芯片都用一个针脚传输，所以加快了传输的速度。

    早期的JTAG是用来对芯片进行测试的，基本原理是在器件内部定义一个TAP（Test Access Port，测试访问口）通过专用的JTAG测试工具对进行内部节点进行测试。刚才我们也提到过，JTAG测试允许多个器件通过JTAG接口串联在一起，形成一个JTAG链，能实现对各个器件分别测试。然而现在，JTAG接口大多被用于实现ISP（In-System rogrammable，在线编程），对flash等器件进行编程。


快速在线编程

    对闪存的在线编程有什么好处呢？首先，传统生产流程中先对芯片进行预编程，然后再装到PCB板；而JTAG则不同，其流程为，先将芯片焊接到PCB上，再通过JTAG接口进行编程，从而大大的加快了进度。由于，JTAG接口可对芯片内部的所有部件进行编程，所以日后方便对迅盘模块进行修改。

    迅盘技术的内部构造解析至此就告一段落，下面我们会通过10余项专业测试来说明迅盘的性能是否能够给整体系统带来提升，马上进入测试环节。