第八章 SSD 电源管理

      从 SATA 链路、PCIe 链路、NVMe 协议以及 SSD 内部主控管理等方面介绍 SSD 上的电源管理技术。

8.1 SATA 省电模式 Partial 和 Slumber

         PHY：物理层。   

1. SATA 提供了两种低功耗模式，Partial 和 Slumber：
  （1） Partial

        PHY 处于低功耗状态，退出时间要求 < 10 μs。Partial  是让部分物理层电流进入休眠模式，能够在 10 μs 内被唤醒，让链路在不太影响性能的情况下休息一下。

  （2）Slumber

        PHY 处于更低功耗状态，要求退出时间 < 10 ms。与 Partial 模式相比，Slumber 模式下会关闭更多的电路，因此恢复要慢一些。当预测有一段相对长的 Idle 时间时，会让链路好好休息一下。

2. 发起

        主机和设备都可以发起链路电源管理，但需要对方配合才能进入 Partial 或 Slumber 模式。主机发起称为 HIPM（Host Initiated Power Management），设备发起称为 DIPM（Device Initiated Power Management）。

        PMREQ_P：请求进入 Partial 模式；

        PMREQ_S：请求进入 Slumber 模式。

        PMACK：同意请求；

        PMNAK：不同意请求。

        Listen Mode（侦听模式）：AHCI 支持让没有接盘的端口进入侦听模式，此时该端口的功耗水平相当于 Slumber，但是该端口可以识别新接入的盘；

        Auto Partial to Slumber：可以让链路不需要回到 Active 状态，直接从 Partial 进入 Slumber 模式。

以主机发起为例，阐述发起过程：

（1）主机发送一个 PMREQ_P 给设备；

（2）设备回复 PMACK 或者 PMNAK；

（3）如果设备回复同意，两边一起进 Partial（一般接收方会发送多个 PMACK 以确保发起方收到）；如果设备回复不同意，那就什么都不发生。

        如果需要退出 Partial 或 Slumber，需要通过 OOB（Out of Band，传输层协议使用带外数据） 重新建立连接。

8.2 SATA 超级省电模式 DevSlp

      DevSlp：Device Sleep，设备睡眠，是一个信号，通过发送这个信号可以让盘进入一个非常省电的状态。

        Partial 或 Slumber 省电模式下，盘都必须让自己的传输电路保持在工作状态，以便 SATA 主机需要的时候能把盘唤醒。如下图，进入 Partial 或 Slumber 后，SATA 总线的发送模块和接收模块仍处于工作状态，因此盘睡得并不安稳，省电效果不够好。

         DevSlp 就是把这个传输电路完全关掉，然后专门加了一个低俗的管脚来负责接收唤醒通知：

 DevSlp 注意事项：

 

8.3 SATA 终极省电模式 RTD3

        DevSlp 虽然功耗小，恢复时间也还行，但进入 DevSlp 的时候 Vcc 还在，这样还是会有功耗。

       要求：设置在长期 Idle 后，要把 Power 完全关掉。于是，RTD3 出现了！！！

        在主机，也就是系统处于 S0 的情况下，如何让 SATA SSD 进入 D3 Cold 状态，这个就是 Runtime D3，简称 RTD3。

ACPI 规定的 Device Power State：

 

         Partial 和 Slumber 模式都是只针对 SATA 链路，而 D State 是针对整个 SSD。

 

8.4 PCIe 省电模式 ASPM

      ASPM：Active State Power Management。

      ASPM 让 PCIe SSD 在某种情况下，能够从工作模式（D0 状态）通过把自身 PCIe 链路切换到低功耗模式，并且通知对方（主机）也这么干，从而达到降低整条链路功耗的目的。

      ASPM 定义的低功耗模式有两种：L0s 和 L1，

       上图中，各个状态的定义如下：

 

8.5 PCIe 其他省电模式

        PCIe 链路在 L2 状态下，所有的时钟和电源全部关闭，能够保证最大的省电效果。但同时，L2 的退出时间相应也增加了很多。

 

 8.6 NVMe 动态电源管理

        NVMe 协议中的动态电源管理框图如下：

       功耗目标和性能目标作为系统应用层面的输入，发送给主机端的 NVMe 驱动。

      NVMe Power State：NVMe 规定最多支持 32 个 Power State Descriptor（电源状态描述符），其中 Power State Descriptor 0 是必须支持的。

8.7 Power Domain

      Power Domain：电源域，简称 PD。