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Nand Flash是一種非易失性存儲器,具有讀寫(xiě)速度快.功耗低.存儲密度高等優(yōu)點(diǎn),目前被廣泛應用于電子產(chǎn)品中,如固態(tài)硬盤(pán)( SSD)、手機、數碼相機等。進(jìn)入21世紀以來(lái),隨著(zhù)CPU主頻以及IO頻率的不斷提高,傳統硬盤(pán)由于讀寫(xiě)速度慢等原因已經(jīng)成為PC、服務(wù)器存儲等領(lǐng)域發(fā)展的瓶頸。由于基于Nand Flash的存儲相比于傳統硬盤(pán)存儲具有體積小、讀寫(xiě)速度快.抗震動(dòng)強、溫濕度適應范圍寬等優(yōu)點(diǎn), Nand Flash的市場(chǎng)份額正在迅速擴大,逐步取代傳統硬盤(pán)。尤其在航天航空、國防軍事等特殊的應用環(huán)境領(lǐng)域中,Nand Flash已經(jīng)成為存儲設備的首選。 Nand Flash存儲器內部是由存儲單元“浮置柵晶體管”陣列排布組成,每一個(gè)“浮置柵晶體管”包括2個(gè)柵極:一個(gè)控制柵極和一個(gè)浮置柵極,如圖1所示。浮置柵極被絕緣層包圍,能夠長(cháng)時(shí)間存儲電荷。存儲單元初始狀態(tài)為擦除狀態(tài),此時(shí)浮置柵極沒(méi)有電子積聚,當對控制柵極施加正電壓時(shí),電子會(huì )從源極與漏極之間的通道經(jīng)過(guò)氧化層陷入浮置柵極,此時(shí)存儲單元處于編程狀態(tài)。擦除操作是在源極加正電壓，利用浮置柵極與源極之間的隧道效應,把浮置柵極的電子吸引到源極。 圖1浮置柵晶體管結構示意圖 Nand Flash存儲空間由若干個(gè)plane組成,每個(gè)plane又包含若干個(gè)塊,塊又由頁(yè)組成。頁(yè)包括數據區域和冗余區域2部分,數據區域用來(lái)存儲數據,冗余區域則用來(lái)存儲ECC相關(guān)信息和映射表等信息12。頁(yè)為Nand Flash的讀寫(xiě)單元,塊為擦除操作單元。 Nand Flash每個(gè)存儲單元可以存儲一個(gè)或多個(gè)比特位,當只存儲一個(gè)比特位時(shí),這種存儲單元稱(chēng)為單階存儲單元( SLC);當能夠存儲2個(gè)比特位時(shí),稱(chēng)為多階存儲單元(MLC);當存儲3個(gè)比特位時(shí),稱(chēng)為三階存儲單元(TLC)。在 MLC和TLC中,通過(guò)不同的電荷量來(lái)存儲多個(gè)比特位,因此數據讀取時(shí)需要檢測出電流量大小以確定電荷級別。而在SLC中只需檢測電荷的有無(wú)即可。MLC和TLC類(lèi)型存儲器利用單個(gè)存儲單元存儲多個(gè)比特位,大大提高了存儲密度,降低了存儲成本,但同時(shí)也增大了誤碼率,而且壽命也要遠遠小于SLC類(lèi)型存儲器。 對于長(cháng)度為512 B的數據,目前的糾錯位數要求大概為: SLC:1位~12位糾錯能力; MLC:4位~40位糾錯能力; TLC:60位以上的糾錯能力。 Nand閃存存儲錯誤發(fā)生的機制主要包括:存儲密度的提升以及閾值電壓多級分布造成各存儲單元之間干擾增大,從而導致存儲過(guò)程中存儲電壓發(fā)生偏移而發(fā)生錯誤;隨著(zhù)編程擦除周期次數的增加,陷阱電荷改變了閾值電壓的分布,使得電壓的分布區變寬,導致2閾值電壓之間發(fā)生重疊,從而造成誤判;在航空航天等應用環(huán)境中,電子會(huì )由于能量輻射而發(fā)生熱運動(dòng),也會(huì )導致存儲數據的錯誤。采用糾錯編碼技術(shù)能夠大大降低這些錯誤的發(fā)生。 |
