在日新月异的数字存储领域，固态硬盘（SSD）已成为重塑数据存储和访问方式的关键技术。SSD得益于其更高的可靠性、更快的速度、更低的功耗、更佳的性能以及更轻巧紧凑的设计，因而比传统硬盘驱动器（HDD）更受欢迎。
预计到2028年，SSD市场规模将达到670亿美元。其中，电源断电保护（PLP）所需的硬件、固件和软件占据了相当大的市场份额；这些对于确保SSD系统在断电后仍能正常运行至关重要。
本文将深入探讨SSD技术的复杂世界，并阐述其优势以及对计算环境产生的变革性影响。此外，我们还将介绍SSD技术的最新进展，包括电源管理集成电路（PMIC）和PLP及其在企业数据存储中的作用。
了解SSD中的断电保护
在快速发展的数字存储领域，SSD在改变数据存储和检索方式方面扮演着举足轻重的角色。大型企业使用的企业数据存储系统用于处理、保存和保障诸如云计算、数据挖掘及在线交易等活动中的重要数据。这些系统部署在各大数据中心。
如图1所示，SSD中的PLP在断电期间可提供足够的能量，将关键数据保存至NAND（NAND闪存作为一种非易失性存储技术，在无电源的情况下也能保持数据）。此类PLP系统已在SSD市场存在了一段时间，在断电时保护数据安全方面发挥了重要作用。PLP的主要任务是延长SSD的运行时间，以便安全地将数据从驱动器的临时存储移动到永久存储器，确保数据在系统重新通电后仍然存在且可访问。PLP系统通过使用特殊电容器使SSD保持时间足够长的供电，从而将缓存中的所有数据都保存到NAND闪存中，并更新目录信息。
如下图2所示，此类电容器可存储足够的能量，在断电后使SSD能够继续运行并完成数据备份。这些能量为系统提供了额外的运行时间，使得系统能够在断电后完成向存储器写入数据的操作。此外，一些SSD使用特殊的软件规则来控制断电时数据的写入方式，从而确保数据安全并降低出错的可能性。
接下来，让我们快速了解一下SSD的主要组件。图2展示了用于数据中心的SSD的标准组件。
如同许多系统升级一样，这些PLP电容器和软件附加功能需要占用空间并在工程设计方面投入精力；其本身也会因SSD设计和缓存大小的不同而消耗不同量级的能量。然而，它们为企业和数据中心所带来的效益十分明显。
SSD市场的另一项关键进展是电源管理集成电路（PMIC）的引入。这些PMIC优化了电源传输架构和SSD性能。下面，就让我们进一步探讨这一新进展及其带来的益处。
整合PMIC和PLP
将PMIC集成至SSD让工程师的设计获得了显著优势。PMIC的多种电压调节器提供了可编程性、上电时序和监控功能。然而，标准的SSD设计仍然需要两个独立功能的集成电路——PLP和PMIC。为了减小解决方案的尺寸、缩短设计时间，并减少对单独PLP监控/控制集成电路的需求，可以将这些组件进行组合，如图3所示。通过将这两个组件合并到一个集成电路中，SSD可以比传统设计更加紧凑。
当将图3中的组件集成到单个芯片时，我们创建了一个全面的解决方案，其中包括PLP电容器和用于监控及提升系统级性能的PMIC。此外，PMIC提供的最佳输出电压使SSD能够降低功耗；参见下图4。
如图5所示，PLP是Qorvo ACT85411 的一项常规功能。该器件的PLP包括一个eFuse和背靠背MOSFET，用于输入与输出之间的双向隔离。这种设置可在热插拔过程中保护器件，并控制浪涌电流。位于eFuse之后的阻断MOSFET将输入总线与降压/升压调节器和储能电容器分离，保证即使电容器失效也能正常工作。
该MOSFET还能够在启动时以低电流为电容器充电。通常，在稳定电源供电的情况下，降压/升压调节器作为升压调节器工作，将电容器充电至高于输入的电压。一旦发生断电，调节器切换到降压模式，从电容器中提取能量为系统供电。一个模数转换器（ADC）以及电容器健康监测系统会检查电压、电流、温度和电容器状况，以确保可靠运行。
ACT85411配备了两个10A的降压调节器，输出范围为0.6V至5.26V；一个低电流5V固定降压调节器（VCC5），可为高达200mA的内部和外部负载供电；以及一个1A升降压调节器，输出范围为9.6V至16V。
表1汇总了ACT85411的主要功能。
结语
SSD凭借其卓越的可靠性、速度、能效，以及紧凑、轻便等优势引领着数据存储行业的变革。这一变革的核心在于PLP与PMIC的集成；它们能够在断电期间确保数据完整性并提升设备性能。
本文着重阐述了PLP通过特殊电容器和软件协议在SSD断电期间维持供电以保护数据的重要性。同时，文中还探讨了PMIC技术的最新进展，特别是Qorvo的ACT85411器件；该器件针对各种系统需求量身定制了全面的电源管理解决方案。ACT85411凭借其关键的PLP控制电路，高效的降压（Buck）、升压（Boost）和升降压（Buck-Boost）调节器，以及低压差线性稳压器（LDO）等功能，为企业级数据存储系统中SSD的可靠运行构建了经济高效且功能丰富的电源解决方案。
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