# SSD note

## FTL

### Mapping
要maintain:
L2P table
valid count table(bitmap)

page mapping
block mapping
hybrid mapping

4k mapping (alignment)
for example:
256GB/4KB=64M entries
table size = 64M*4B = 256MB ~ 1/1000 of ssd size

L2P table大部分都在DRAM上
mapping table要寫進nand flash（至少掉電前）
寫入時機：
- mapping > threshold
- data size > threshold
- 寫完的block > threshold

我的觀察:
RAM上面只計一部分的table(常用？)，如果RAM沒有會進去nand找
(這顆SSD不帶DRAM?)

二級mapping table
如果要從nand找mapping
1 page = 16KB = 16KB/4B = 4K entries
以256GB(64M entries)為例。至少要有3層的mapping

L2P table(LCA <-> PCA)
Page中的4k data對應一個 PCA
zip可以讓一個page放>4個PCA
希望program能
- multiplane
- parallel channel
- bank interleave
- DIE interleave

PCA:VB addr + VB offset

### GC

挑garbage最多的block做GC

3 step:
1. 選source block
2. 從source block中找valid data(要valid count, valid bitmap)
3. 將valid data寫入target block

valid count table 每次寫都會更新
valid count = 0 的 block 可以erase

如果讀DRAM-less還要swap table
如果沒有bitmap，可以用meta data用data去找(GC慢)

alternative: P2L table

GC時機：
foreground：寫滿才做
/ background

挑source: 有效數據少/擦寫次數小

查到的：
實際GC是以VB為單位

VB定義:一組跨channel、CE、plane的相同編號block組成
目標:最佳化program讓每個sub-block可以concurrent

分類:
1. 支援DIE interleave
- VB:block addr
- 同一個VB block addr一樣
2. 不可DIE interleave
- VB:block addr + die addr
- 同一個VB block addr, DIE addr一樣
3. 不可DIE interleave + target需求
- VB:block addr + die addr + target addr
- 同一個VB block addr, DIE addr, target addr一樣

### WA

數據壓縮可以讓WA < 1

OP越大WA越小
OP = (N-U)/U
平均有效數據為N/(N+U)
為了寫(1-N/(N+U))，要寫1
WA = 1/(1-N/(N+U))

影響WA的因素:
OP
user pattern - 順寫GC小
GC 策略
wear leveling
read disturb/data retention handling
trim

(格式化table會清掉嗎？)

### TRIM

file system 刪除只清除file<->LBA 的連結
SSD中mapping table不變

Trim告訴SSD data invalid (UNMAP, Dataset Management)

1. 清除L2P table(指向空地址)
2. 清除valid page bitmap 對應的bit
3. 清除valid page count

*TRIM不會觸發GC*
後續GC處理：
4. 重新計算GC priority(by VPC)
5. 回收block
6. erase block

### WL

Data分

Data: Hot/Cold
block: Old/Young

Dynamic WL: hot data寫到young block

Static WL: 類似GC(但變成挑cold data在的block)

如果GC時有cold data在block中->WA

可以分成
Static WL 將 cold data 一起放
Dynamic WL 將 GC + host 一起放

Q: SSD怎麼分cold/hot data?

### 掉電恢復

掉電前步驟
1. buffer中cache的user data寫入nand
2. mapping table寫入nand
3. bad block ubfo寫入nand
4. others

Solution
用電容暫時供電
把Volatile(RAM)換成non-volatile介質

回覆：
用metadata紀錄PA/LBA/userdata/timestamp (慢)

用上個snapshot加上部分metadata重建

### Bad block management

bad block依照來源分成：Factory/Grown

出廠就壞的的話會在first/last page還有spare第一個byte寫0xFF
先掃描nand，建立bad block table->存在OTP

bad block處理機制：

1. 略過：直接寫下一個die
2. 替換：die2-B寫到預留空間die2-B'上
remap table存bad block到替換的block
保證平行但整個ssd可用block數量會受限於壞的那個die

### SLC cache

好處：
1. SLC比TLC, QLC快
2. 防止lower page數據壞
3. 減少TLC沒寫滿的ECC error
4. 更耐寫

分成強制/非強制 SLC program
非強制可以有更好的後期效能，因為SLC用完就要直接寫TLC，強制寫入要再做搬移

SLC block
1. 靜態：某些block固定SLC
2. 動態
3. 混合

### Device-based FTL

缺點：
- FTL架構通要，不能針對應用定製
- 設計難度高
- 要隨nand出新的
- chip的性能跟容量有限制