NAND Flash 原理深度解析（下）

在上一篇文章中为大家介绍了NAND Flash的工作原理和自身的特性（点击查看），本次文章将继续为大家带来关于NAND Flash的内容。

一、NAND Flash 的容量结构

从访问NAND Flash来看，NAND Flash的容量结构为：

• 一个封装好的颗粒一般有多个片选信号，即NAND CE#，代表独立的Chip Enable片选信号。

• 一个Target下有一个或多个Die/LUN ，它是能够独立执行命令和报告状态的最小单元。

• 一个Die/LUN有多个Plane（e.g. 4Plane），通过多Plane并发操作提升NAND Flash读写性能。

• 一个Plane有几百上千个物理Block，Block是擦除操作的最小操作单元。

• 一个Block中含有多个Page，Page是Program/Read的最小操作单元。

二、NAND Flash可靠性

- Endurance 耐久度

耐久度表征NAND Flash能够承受的反复擦写次数。NAND Flash的擦写次数是有限的，因为每次擦写操作都会对介质造成损伤。如下图所示，进行擦写操作时，会用十几伏特的高电压对晶体管进行充放电操作，当高能电子来回的穿越绝缘层，就会给绝缘层带来物理损伤，最终影响数据可靠性。

- Data Retention 数据保持

随着时间流逝，受量子隧穿效应影响，编程操作充进去的电子会随机发生电子逃逸，进而影响存储的信息。如下图所示，编程操作后的电荷分布如蓝色线所示，Retention后电荷分布向左偏移，影响数据的正确读取。

- 读干扰

受闪存阵列结构影响，我们去读一个Page时，要对其他位置上的非读page也施加一个电压，造成读干扰效应。读次数较少时，读干扰影响不明显，但是当次数增加到几千次时，累积的弱编程的效应也会影响数据可靠性。如下图所示，较低的电荷状态更容易受到干扰。

三、NAND Flash特性

NAND Flash应用挑战：

1. 读写擦操作单元不对称

   在一个block里面的读写擦是不对称的，读写操作的粒度是page，但擦除操作的粒度是block，一般在FTL层进行地址映射来匹配。

2. 写操作之前先擦除

   在写操作之前，必须先进行擦除工作，不然会导致写的数据丢失，并且不能找回。

3. 有限的耐久度

   磨损的次数是有限的，在反复擦写后，闪存的寿命是有限的，需要有效的寿命管理策略来延长NAND Flash寿命。

4. 数据存储错误

   数据写入NAND Flash后，再读取数据，总是会存在比特翻转，并且出错数随擦写次数增加而增加，需要有效的纠错算法来保证数据可靠性。

虽然Nand Flash还面临着很多挑战，但它的成本优势明显。为了将不可靠的介质打造成可靠的存储产品，我们会通过高效的介质管理算法来保障产品的性能、寿命和可靠性。

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