自作SSD基板「PicoSSD」

■PicoSSDについて
電子工作ではあまり使われることのないNANDフラッシュですが、自分でNANDを動かすための基板があると勉強になるし、SSDを自作できるというのは何だか夢があるのでは？そう思い自作SSD基板「PicoSSD」を設計してみました。PicoSSDは市販のマイコンボードと組み合わせるシールド基板です。Raspberry Pi Picoと繋がるように設計しています。
■搭載NANDについて
PicoSSDに搭載しているRaw NANDはキオクシアのSLC NANDで、容量は1Gbit、パッケージはTSOP48pinです。48pinありますが、NCピンが多くマイコンとのインターフェースは15 本です。NANDを2 個搭載した場合でも、Chip Enable以外の信号は共用できるため16 本接続すればOKで、シンプルな配線となります。
■自作SSDの構成概要
USBデバイス機能を持つマイコンボードのGPIOに不揮発メモリのRaw NANDを接続します。USBホスト側からみると、USB Mass Storageとして見えるようにマイコンファームウェアを構成します。(画像3枚目)
■Raw NANDの特性
Raw NANDには次に説明する特性があるため、ブロックデバイスとして使用するには、Flash Translation Layer(FTL)という変換階層が必要になります。
・部分的な書き換えが不得意：Raw NAND を部分的に書き換えるには、事前に、データ退避操作、消去操作が必要になります。画像4枚目：ブロック割り当て図。
・不良ブロック対応：不良ブロックがあった場合、代替ブロックに切り替える仕組みが必要になります。
・データ誤り訂正：書き込んだデータが読み出し時に変化する場合に備えてエラー訂正が必要になります。
・消去・書き込み回数の平準化：NAND メモリセルは、消去・書き込みを繰り返すことで劣化していきます。特定のセルに劣化が集中しないように消去書込箇所を分散させる操作を行うことが望ましいです。今回は未実装です。
■ベンチマーク結果
ストレージ容量：利用可能なセクタ数は4016セクタで、容量にして約2MBytesです。
ベンチマーク結果：転送速度はリード20KBytes/s,ライト6KBytes/sです。