Volevo parlare in modo generale della gestione energetica utilizzata principalmente negli SSD consumer.
Gestione autonoma dell'NVME
Nell'architettura NVMe, Active Power (ACTP) indica la massima potenza media del sottosistema NVMe in una finestra di dieci secondi. Ogni controller in un sottosistema può supportare molti stati di alimentazione.
Gestione del dispositivo da parte dell'host
La funzionalità di gestione dell'alimentazione consente all'host di gestire l'alimentazione del sottosistema NVMe in modo statico o dinamico.
La gestione dell'alimentazione statica consiste nell'assegnare la potenza massima che può essere assegnata a un sottosistema NVMe, impostando uno stato di alimentazione predefinito.
La gestione dinamica dell'alimentazione consiste nella modifica da parte dell'host dello stato di alimentazione dell'SSD nvme per soddisfare al meglio gli obiettivi di potenza e prestazioni in continua evoluzione. Questo meccanismo di gestione dell'alimentazione ha lo scopo di integrare e non sostituire la gestione autonoma dell'alimentazione o la gestione termica eseguita da un controller.
I desktop e le workstation includono stati di alimentazione indipendenti dall'architettura NVMe. Durante una sospensione del sistema, gli SSD NVMe sono fisicamente spenti, dove la ripresa rapida e la latenza di ingresso possono essere molto utili.
| S0 – Low Power Idle (Modern Standby) | Tutto è in stato attivo, il sistema può essere parzialmente sospeso per risparmiare energia sui componenti che non sono in uso. Il sistema può tornare rapidamente a uno stato completamente funzionante da questa fase. |
| S1, S2, S3 – Sleep | Il sistema entra in modalità di sospensione in base all'attività dell'utente e dell'applicazione in funzione. La memoria volatile viene mantenuta aggiornata. |
| S4 – Ibernazione | Il sistema è spento ma lo stato del sistema viene salvato e può essere ripristinato in seguito. Il sistema risponde alla tastiera o ad altri input hardware. |
| S5 – Spegnimento graduale | Host spegne le periferiche. |
| G3 – Stato meccanico spento | Spegnimento hardware. |
La gestione termica controllata dall'host fornisce un meccanismo che consente all'host di configurare un controller per la transizione automatica tra stati di alimentazione attivi o eseguire azioni di gestione termica specifiche del fornitore per tentare di soddisfare i requisiti di gestione termica specificati dall'host. Questo può essere utile quando si prende un SSD utilizzato per desktop/workstation o laptop (SSD M.2 NVMe) e lo si adatta al suo ambiente termico.
L1.1 e L1.2 sono stati aggressivi a basso consumo della specifica PCIe.
Gli stati L1 tradizionali consentono di disabilitare il clock di riferimento all'ingresso in L1, che ha dimostrato di consumare troppa energia a causa delle perdite.
L1.1 consente di mantenere la tensione normale, mentre L1.2 consente di disattivare tutti i circuiti ad alta velocità.
La gestione autonoma dell'NVME interviene per prevenire il surriscaldamento.
La limitazione termica previene il surriscaldamento dei componenti quando è necessario un carico di lavoro pesante. Quando la temperatura è inferiore alla soglia specificata, la velocità di trasferimento dei file attraverso il collegamento della tecnologia PCIe viene aumentata per prestazioni più veloci. Al contrario, se la temperatura è più alta, la velocità viene rallentata.
Thermal Management Temp2 > Composite Temp > Thermal Management Temp 1 : Il controller dovrebbe iniziare a passare a stati di alimentazione attiva a basso consumo (che eseguono il light throttling) o eseguire azioni di gestione termica specifiche del fornitore. Inoltre, il controller dovrebbe ridurre al minimo l'impatto sulle prestazioni per ridurre la temperatura composita.
Composite Temp > Thermal Management Temp2 : Il controller dovrebbe iniziare la transizione a stati di alimentazione attiva a basso consumo (che eseguono un forte throttling) o eseguire azioni di gestione termica specifiche del fornitore indipendentemente dall'impatto sulle prestazioni per tentare di ridurre la temperatura composita.
Una volta, Composite Temp < Thermal Management Temp: il controller deve tornare allo stato di alimentazione attiva in cui si trovava prima di entrare in uno stato di alimentazione attiva di potenza inferiore o interrompere l'esecuzione di azioni di gestione termica specifiche del fornitore.
Una volta che la temperatura supera la soglia, il meccanismo di limitazione termica viene attivato automaticamente per ridurre le velocità dell'unità. L'unità inizia a rallentare le prestazioni, consentendo all'SSD di autoraffreddarsi, aumentando l'affidabilità dell'SSD e prolungando la durata del prodotto.
Il meccanismo di limitazione termica dinamica è suddiviso in diverse fasi di protezione. Quando la temperatura raggiunge solitamente gli 85 ℃, viene attivata la protezione di livello 1 per facilitare l'operazione. Quando la temperatura sale a circa 95 ℃, viene attivata la protezione di livello 2 per rallentare maggiormente l'unità. Il livello 3 verrà avviato quando la temperatura è superiore a 100 ℃ per evitare il surriscaldamento o l'arresto dell'unità e preservare i dati, poichè il trasferimento del calore dal controller alle nand potrebbe comprometterne la funzionalità.
Esempio:
Eung Chang Lee, Jinsung Rho, e Bong Jae Lee, dell'Università tecnologica di Daejeon - South Korea, hanno testato un NVMe Samsung in una ricerca di febbraio 2022.
L'SSD M.2 NVMe con gestione termica dinamica (DTM) è stato misurato durante la lettura sequenziale. La potenza e la temperatura dell'SSD sono state misurate contemporaneamente e la temperatura è stata misurata al sensore di temperatura (TS) nel controller e alla termocoppia situata sulla superficie superiore del pacchetto NAND (TC @Nand) e del pacchetto del controller ( TC@CTRL).
La figura è il risultato della misurazione in condizioni atmosferiche. In alto in condizioni normali, in basso in condizioni di vuoto.
Nello stato di inattività, il controller e il pacchetto NAND si mantengono a temperatura costante. Tuttavia, quando l'SSD inizia a funzionare, la potenza aumenta rapidamente e la temperatura dell'SSD inizia a salire rapidamente. Dopo 90 secondi di funzionamento del DTM nella fase di accelerazione, la temperatura dell'SSD converge a uno stato stazionario.
Abbiamo analizzato il meccanismo di dissipazione del calore dell'SSD M.2 NVMe in base al modello di simulazione termica come mostrato.
Nell'atmosfera, il calore dell'SSD viene dissipato con il 78,4% di conduzione, il 14,7% di convezione e il 6,9% di radiazioni.
Nel vuoto senza convezione, invece, il calore viene dissipato con l'89,8% di conduzione e il 10,2% di irraggiamento.
NVM Express Technology Features
NVMe™ Technology Power Management Features NVM Express (NVMe) architecture contains various features to manage the power of SSDs. In the data center, this can be used to throttle an SSD to a specific TDP (thermal design power) to manage platform thermals and total power draw. Max power is...
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Dynamic Thermal Throttling - Transcend Information, Inc.
When it comes to solid state drives (SSDs), most companies crave for high performance when SSD capacity increases. As an SSD works harder to meet companies’ growing demands, it generates more power, consequently creating more heat. If heat is not removed, the SSD temperature would exceed the...
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