固态硬盘（SSD）特别容易受到不稳定的电源条件和意外电源中断的影响。与HDD不同，SSD没有机械部件，所以每个部件都是电子的。固态硬盘的内部数据管理涉及到在后台发生的许多操作，每一次断电或故障，无论多短，都意味着这些操作的不适当中断，这可能会影响硬盘的性能。
数据通常是以这样的顺序写入SSD的：
- 主机向SSD发送数据。
- SSD存储控制器确认已收到数据。
- 如果固态硬盘没有DRAM缓存，存储控制器会将数据转移到NAND闪存，这是一个非易失性存储器，所以即使电源被终止，数据也会被安全存储。这是易失性内存，所以如果电源被终止，数据会丢失。
- 存储控制器决定何时将数据从DRAM缓存中"刷"到NAND闪存中
在正常断电的情况下，所有来自主机的数据都被成功地传输到NAND闪存中。即使电源被切断，数据仍然留在NAND闪存中。
当电源在数据被移动或冲入SSD之前被终止，数据可能被破坏或丢失。
掉电保护的四个级别
现代固态硬盘(SSD)内置的掉电保护(PLP)机制可分为四个级别：
损坏的固件保护（1级）。固件（FW）的多个副本在不同时间产生，以确保在主固件损坏时有一个备份副本。主固件总是存储在“最强”的闪存页上，访问受到限制以减少读取干扰的可能性，并确保固件和数据的完整性。
链接表损坏保护（2级）。NAND闪存设备创建了一个链接表，以跟踪物理闪存页与主机逻辑块地址的关系。链接表必须不断地被维护和更新，以便主机能够始终通过闪存设备和主机上记录的两个映射地址访问最新的数据。
链接表首先被缓存起来，并不时地重写到闪存中，因此这样频繁的索引更新操作就不会减慢正在进行的写入性能。当电源中断时，一些映射信息仍在闪存缓存中，映射索引会被损坏，同时，闪存中由各自的链接表映射的数据也会被损坏。最坏的情况是索引表被破坏，导致存储设备中的所有数据丢失。
链接表的多个副本被备份，以备将来在突然断电时链接表被失真或丢失的情况下恢复，从而消除了由于丢失链接表而导致闪存设备中所有数据丢失的风险。
页/块保护（3级）。写在闪存芯片上的数据被划分为几毫秒长的操作段。如果发生断电，写入过程在一个分段点中断，例如第8个毫秒，当主机试图访问在断电中断时丢失的那部分数据时，可能会发生数据错误。3级保护确保在断电前完成写入命令，防止任何数据丢失。
没有先进的PLP技术的存储设备提供有限的保护，当某一编程操作段发生断电时，数据可能会丢失。
最后写入页面/区块保护（4级）。对于具有第4级保护的固态硬盘，通过在断电前提供足够的电力来完成最后的程序操作，保证数据安全地写入闪存芯片，从而保证了传输中的数据。在上面的插图中，最后一个长达几毫秒的程序操作已经完成，第8段的数据被安全存储。
下表总结了防止数据丢失的各种电源保护级别：
不同的电源保护级别
ATP突然断电恢复（SPOR）：纯粹的FW掉电保护
ATP突然断电恢复技术提供基于固件的PLP，以尽量减少突然断电的影响。
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ISP代码备份。一旦设备通电，临时的系统内编程（ISP）代码就会在一个备用块中生成，以减少对主ISP的读取访问，并降低读取干扰的几率。
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链接表映射地址备份。上电后，FW将从最新的映射地址中追踪链表。如果发现链表无效，FW将搜索以前的映射地址，直到找到有效的映射地址。映射地址只保存在一个强大的页面中，以确保其完整性。
ATP卓越的HW+FW掉电保护技术
拥有掉电保护（PLP）机制至关重要，特别是在高性能计算环境中，设备全天候运行，部署范围广泛，数据和设备的完整性可能是操作失败和成功之间的区别。保护存储的数据与保护传输中的数据同样重要。
ATP提供了最先进的数据损失防御措施，整合了硬件设计和固件算法，提供了当今最好的掉电保护。
ATP利用钽聚合物电容器的优势，具有低串联电阻和对温度和湿度的最小敏感性。采用HW+FW PLP技术的ATP固态硬盘，即使在恶劣的环境中也能保证高可靠性和耐用性。它们还使HW+FW PLP机制能够在小尺寸的SSD中实现。
一旦察觉到断电事件，集成在SSD中的断电检测电路会立即激活电源保护机制。然后，固态硬盘利用驱动器上的电容器的备用电源来完成最后的读、写或块擦除操作，同时停止控制器向闪存芯片发送数据，以确保没有数据在传输中丢失。
该图显示了备用电源是如何给固态硬盘足够的时间来完成最后的操作命令而不丢失任何数据的
下图显示了ATP的HW+FW PLP如何在两种情况下延长NAND闪存的功能，使SSD能够完成控制器给出的最后一个命令或数据。
永久停电期间的功率与时间图。如果没有HW+FW PLP，即使电源被切断，NAND闪存也会继续写入数据，导致数据丢失。有了HW+FW PLP，控制器就不会再向NAND闪存发送数据，以防止在编程/擦除操作中途断电时发生数据错误。
电源故障期间的功率与时间图。HW+FW PLP在电源故障期间提供足够的功率，因此NAND闪存可以在电源恢复后继续进行下一个操作。
下表显示了ATP的HW+FW PLP在断电事件中完成各种命令的典型时间和最大时间。
基于微控制器的PLP
选择SSD使用微控制器单元（MCU），为ATP串行ATA（SATA）和NVMe SSD提供无与伦比的防御，以提供业内最佳的PLP保护。集成到ATP HW+FW PLP中，PLP阵列的全新设计采用了新的电源管理IC（PMIC）和新的固件可编程MCU，使PLP阵列能够在各种温度、电源突发事件和电源状态下智能地执行。
基于MCU的PLP提供过量输入电压保护、上电浪涌电流抑制、输入电源噪声消除、快速电源开关控制、PLP电容器过电压保护和定制选项。
带有HW+FW PLP的ATP SSD的电路概述
ATP电源循环测试仪
ATP自制的电源循环测试仪验证了PLP机制在突然断电条件下的设计。在每个周期开始时，电源测试器将一段数据模式写入SSD测试设备中。然后，在数据被编程到NAND闪存块时，在精确配置的毫秒处切断电源。通过在 "写入 "命令阶段突然断电，该测试证明了PLP机制的有效性，在数千次电源循环中显示 "通过"，没有任何数据错误。
在电源循环测试期间，没有ATP HW+FW PLP的设备在电源突发时最有可能发生数据丢失的特定时间段（以毫秒为单位）的时间窗口很明显。这一发现对于产品开发团队微调（精调）未来NAND闪存产品与主机系统的编程至关重要。
下面的数字显示，没有ATP HW+FW PLP的产品会出现数据损坏，在每个电源周期后进行的测试后检查中，由于数据比较错误而出现 "失败 "的结果。带有ATP HW+FW PLP的产品显示 "通过 "的结果，没有任何数据损失。
没有ATP HW+FW PLP的SSD显示 "失败 "结果，而有ATP HW+FW PLP的SSD显示 "通过 "结果。
结论
ATP提供固件和硬件解决方案，旨在保护SSD上的宝贵数据。ATP HW+FW PLP提供先进的掉电保护，即使在断电的情况下也能确保数据的完整性，并在关键任务的应用中保存数据。PLP机制的特点是独立的设计、固态电容和长寿命。
对于采用ATP基于MCU的PLP的固态硬盘来说，断电保护超过了其他基本备份解决方案所提供的性能和可靠性。此外，ATP的电源循环测试仪在NAND闪存产品的编程过程中以精确到毫秒的速度移除电源，进一步验证和提高了ATP产品线的整体可靠性。
有关ATP HW+FW PLP和其他掉电保护技术的更多信息，请访问ATP网站或联系ATP代表。
