NAND Flash 原理深度解析（下）

在上一篇文章中為大家介紹了NAND Flash的工作原理和自身的特性（點擊查看），本次文章將繼續(xù)為大家?guī)黻P(guān)于NAND Flash的內(nèi)容。

一、NAND Flash 的容量結(jié)構(gòu)

從訪問NAND Flash來看，NAND Flash的容量結(jié)構(gòu)為：

• 一個封裝好的顆粒一般有多個片選信號，即NAND CE#，代表獨(dú)立的Chip Enable片選信號。

• 一個Target下有一個或多個Die/LUN ，它是能夠獨(dú)立執(zhí)行命令和報告狀態(tài)的最小單元。

• 一個Die/LUN有多個Plane（e.g. 4Plane），通過多Plane并發(fā)操作提升NAND Flash讀寫性能。

• 一個Plane有幾百上千個物理Block，Block是擦除操作的最小操作單元。

• 一個Block中含有多個Page，Page是Program/Read的最小操作單元。

二、NAND Flash可靠性

- Endurance 耐久度

耐久度表征NAND Flash能夠承受的反復(fù)擦寫次數(shù)。NAND Flash的擦寫次數(shù)是有限的，因為每次擦寫操作都會對介質(zhì)造成損傷。如下圖所示，進(jìn)行擦寫操作時，會用十幾伏特的高電壓對晶體管進(jìn)行充放電操作，當(dāng)高能電子來回的穿越絕緣層，就會給絕緣層帶來物理損傷，最終影響數(shù)據(jù)可靠性。

- Data Retention 數(shù)據(jù)保持

隨著時間流逝，受量子隧穿效應(yīng)影響，編程操作充進(jìn)去的電子會隨機(jī)發(fā)生電子逃逸，進(jìn)而影響存儲的信息。如下圖所示，編程操作后的電荷分布如藍(lán)色線所示，Retention后電荷分布向左偏移，影響數(shù)據(jù)的正確讀取。

- 讀干擾

受閃存陣列結(jié)構(gòu)影響，我們?nèi)プx一個Page時，要對其他位置上的非讀page也施加一個電壓，造成讀干擾效應(yīng)。讀次數(shù)較少時，讀干擾影響不明顯，但是當(dāng)次數(shù)增加到幾千次時，累積的弱編程的效應(yīng)也會影響數(shù)據(jù)可靠性。如下圖所示，較低的電荷狀態(tài)更容易受到干擾。

三、NAND Flash特性

NAND Flash應(yīng)用挑戰(zhàn)：

1. 讀寫擦操作單元不對稱

   在一個block里面的讀寫擦是不對稱的，讀寫操作的粒度是page，但擦除操作的粒度是block，一般在FTL層進(jìn)行地址映射來匹配。

2. 寫操作之前先擦除

   在寫操作之前，必須先進(jìn)行擦除工作，不然會導(dǎo)致寫的數(shù)據(jù)丟失，并且不能找回。

3. 有限的耐久度

   磨損的次數(shù)是有限的，在反復(fù)擦寫后，閃存的壽命是有限的，需要有效的壽命管理策略來延長NAND Flash壽命。

4. 數(shù)據(jù)存儲錯誤

   數(shù)據(jù)寫入NAND Flash后，再讀取數(shù)據(jù)，總是會存在比特翻轉(zhuǎn)，并且出錯數(shù)隨擦寫次數(shù)增加而增加，需要有效的糾錯算法來保證數(shù)據(jù)可靠性。

雖然Nand Flash還面臨著很多挑戰(zhàn)，但它的成本優(yōu)勢明顯。為了將不可靠的介質(zhì)打造成可靠的存儲產(chǎn)品，我們會通過高效的介質(zhì)管理算法來保障產(chǎn)品的性能、壽命和可靠性。

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