nand flash的底层结构.docx

这里我想以一个纯玩家的角度来谈谈关于NAND Flash的底层结构和解析,可能会有错误的地方,如果有这方面专家强烈欢迎指正。
NAND Flash作为一种比较实用的固态硬盘存储介质,有自己的一些物理特性,需要有基本的管理技术才能使用,对设计者来说,挑战主要在下面几点:
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,有耐久度限制。
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只有至少满足这些基本的管理技术,才能让NAND Flash成为一款可以使用的固态存储介质。(这里还没有谈到任何关于性能的地方,因为那是这些基本条件满足后的事。)
当满足了上面的5点后,才该谈到稳定,性能,耐久度,影响这些的5大因素为:


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只有满足了这些条件,才能得到一款理想中的完美的固态硬盘。
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Flash全名叫做Flash Memory,属于非易失性存储设备(Non-volatile Memory Device),与此相对应的是易失性存储设备(Volatile Memory Device)。关于什么是非易失性/易失性,从名字中就可以看出,非易失性就是不容易丢失,数据存储在这类设备中,即使断电了,也
不会丢失,这类设备,除了Flash,还有其他比较常见的如硬盘,ROM等,与此相对的,易失性就是断电了,数据就丢失了,比如大家常用的内存,不论是以前的SDRAM,DDR SDRAM,还是现在的DDR2,DDR3等,都是断电后,数据就没了。
Flash的内部存储是金属-氧化层-半导体-场效晶体管(MOSFET),里面有个悬浮门(Floating Gate),是真正存储数据的单元。
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2010-12-13 05:32
数据在Flash内存单元中是以电荷(electrical charge) 形式存储的。存储电荷的多少,取决于图中的控制门(Control gate)所被施加的电压,其控制了是向存储单元中冲入电荷还是使其释放电荷。而数据的表示,以所存储的电荷的电压是否超过一个特定的阈值Vth 来表示。
Flash的写入(编程),就是控制Control Gate去充电(对Control Gate加压),使得悬浮门存储的电荷够多,超过阈值Vth,就表示0。
Flash的擦除(Erase),就是对悬浮门放电,低于阀值Vth,就表示1。
NAND Flash的架构:
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2010-12-13 05:50
如上图所示,这是一个8Gb 50nm的SLC颗粒内部架构。
每个page有33,792个单元,每个单元代表1bit(SLC),所以每个page就是4096Byte + 128Byte(SA)。
每个Block有64个page组成,所以每个Block容量为262,114Byte + 8192Byte (SA)
page是NAND Flash上最小的读/写单位(一个page上的单元共享一根字符线Word line),块是最小的擦除单位(。不同厂牌不同型号颗粒有不同的page和block大小。
下图是个8Gb 50nm的SLC颗粒。
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2010-12-13 07:12
4KB的页尺寸,256KB的块尺寸。图中4096字节用于存储数据,用。
SLC 和 MLC 区别:
SLC主要针对军工,企业级应用,有着高速写入,低出错率,长耐久度特性。
MLC主要针对消费级应用,有着2倍容量于SLC,低成本,适合USB闪盘,手机,数码相机等储存卡。如今也被用于消费级固态硬盘上。
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2010-12-13 07:24
由上图可以看到,MLC和SLC虽然使用相同的电压值,但是电压之间的阀值被分成了4份,直接影响了性能和稳定性。主要有下面几点:
,造成悬浮门里的电荷不稳定出现bit错误,MLC由于阀值相比SLC更接近,造成出错几率更大。
,写入更是降低50%以上,因为需要确认充入电荷的量,这需要更精确的处理。SLC只有0和1,也就是有和没有,而MLC会有00,01,10,11 4个状态,在充入电荷后还要去判断是哪个状态,自然就慢了。
,造成额外的读写压力,所以功耗明显增大。
,造成闪存的写入耐久度和数