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SSD中針對3D NAND Flash的寫入技術

在使用TLC (Triple-Level Cell) 或QLC (Quad-Level Cell) NAND Flash的固態硬碟 (SSD)中，為提升寫入效能，通常會透過SLC緩衝區 (SLC Cache，實作上為pseudo-SLC模式) 來暫存資料，即是將TLC或QLC NAND Flash使用pseudo-SLC模式操作來提升寫入速度的技術。然而，在特定情況下，SSD可能會略過這個緩衝區域，直接將資料寫入TLC區域，這種行為即稱為Direct Write。了解其原理與影響，對於選擇合適的SSD產品是關鍵的參考依據。
 

TLC與 SLC Cache技術背景

TLC NAND每個儲存單元 (Cell) 可儲存3個位元，具有高儲存密度與低成本優勢，但其寫入速度相較於SLC或MLC等NAND Flash較慢，因TLC需要較長Program Time來完成寫入。為了克服這些限制，多數SSD使用一部分TLC區塊以pseudo-SLC模式運作 (即僅儲存1個位元)，形成暫存快取區，藉以提升短時間內的寫入速度。
 

SLC-MLC-TLC- QLC

 

什麼是Direct Write ?

Direct Write是指資料不經過SLC緩衝區，而直接寫入TLC區域的過程。這種情況可能出現在以下情境：

  • SLC緩衝區容量已飽和或暫時無法使用
  • SSD韌體判斷該資料為冷資料
  • SSD韌體設計為無快取模式，以追求效能穩定或耐久性

建興儲存In-house研發團隊所優化的Direct Write技術，是用於強化寫入效能穩定性所設計的SSD韌體技術，能夠在高負載情境下維持穩定的持續寫入速度，透過減少寫入過程中的延遲與冗餘步驟來達成其目標。Direct Write技術的關鍵優勢在於能夠將資料直接寫入NAND Flash，而不過度依賴SLC緩衝區。藉由減少不必要的資料傳輸步驟，消除中間緩衝區，簡化資料寫入路徑，從而確保SSD在密集寫入任務中維持一致且穩定的效能表現。

Direct Write適合的應用

建興儲存的Direct Write技術特別適合用於長時間、頻繁連續寫入的應用場景，例如：
Ideal Applications for Direct Write

  • 不啟用寫入快取的工控/嵌入式系統

    - 邊緣裝置的感測資料寫入
    - 工業自動化機台數據紀錄

  • 需可預測延遲與低寫入放大的高可靠應用

    - 專業視訊製作與即時影音串流
    - 車載影像記錄系統

  • 長期資料保存裝置 (如紀錄器)

    - 影像錄影 (Network Video Recording)
    - 監控系統 (Surveillance)
    - 電視錄影 (TV Recording)
 

這些應用具備即時處理、連續性強、高解析度、長時間運作、零容錯空間等特性，因此寫入效能穩定性至關重要。Direct Write技術可以實現無縫的資料擷取與儲存，有效避免延遲、掉幀、檔案毀損或記錄中斷等狀況，能夠穩定處理大量連續資料寫入，避免效能波動，讓記錄資料時具有恆定的連續寫入速度，並確保影像內容品質與運作不中斷的儲存效能。

 

為何選擇Direct Write SSD ?

未經過特別設計的SSD，往往難以應對長時間、連續密集寫入大量影像檔案所帶來的挑戰，當碟機無法即時處理大量湧入的資料時，便可能出現效能瓶頸、寫入延遲，甚至導致資料遺失。此情況在依賴SLC Cache的SSD中更為明顯，一旦快取用盡後會導致寫入速度急劇下降，嚴重影響系統效能穩定性。Direct Write技術克服了效能急降的挑戰，透過消除對SLC快取機制的依賴，長時間持續提供穩定、可預測的寫入效能。即使應用於4K高解析度影像連續錄製或24/7全天候運作的高負載情境，依然能維持穩定一致的儲存效能。憑藉其堅實穩健的效能表現，使搭載Direct Write的SSD成為影像錄製與連續寫入密集應用的理想選擇。

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Direct Write是3D NAND Flash架構SSD中的一項核心寫入策略，在不同應用情境下提供效能、耐久與一致性的平衡選項。了解其運作模式與技術原理，有助於系統設計者根據實際需求調整快取配置與SSD使用策略。如欲進一步了解建興儲存的SSD架構或查詢支援Direct Write技術的產品，歡迎聯繫我們找尋合適的解決方案。
備註：本文所稱「SLC緩衝區」或「SLC快取」是指於TLC或QLC NAND Flash上以pseudo-SLC模式所建立，用以模擬SLC行為的緩衝空間，並非原生SLC NAND。
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