Nand Flash是一種非易失性存儲(chǔ)器,具有讀寫速度快.功耗低.存儲(chǔ)密度高等優(yōu)點(diǎn),目前被廣泛應(yīng)用于電子產(chǎn)品中,如固態(tài)硬盤( SSD)、手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)等。進(jìn)入21世紀(jì)以來,隨著CPU主頻以及IO頻率的不斷提高,傳統(tǒng)硬盤由于讀寫速度慢等原因已經(jīng)成為PC、服務(wù)器存儲(chǔ)等領(lǐng)域發(fā)展的瓶頸。由于基于Nand Flash的存儲(chǔ)相比于傳統(tǒng)硬盤存儲(chǔ)具有體積小、讀寫速度快.抗震動(dòng)強(qiáng)、溫濕度適應(yīng)范圍寬等優(yōu)點(diǎn), Nand Flash的市場(chǎng)份額正在迅速擴(kuò)大,逐步取代傳統(tǒng)硬盤。尤其在航天航空、國(guó)防軍事等特殊的應(yīng)用環(huán)境領(lǐng)域中,Nand Flash已經(jīng)成為存儲(chǔ)設(shè)備的首選。
 
Nand Flash存儲(chǔ)器內(nèi)部是由存儲(chǔ)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(zhǎng)時(shí)間存儲(chǔ)電荷。存儲(chǔ)單元初始狀態(tài)為擦除狀態(tài),此時(shí)浮置柵極沒有電子積聚,當(dāng)對(duì)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)過氧化層陷入浮置柵極,此時(shí)存儲(chǔ)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(yīng),把浮置柵極的電子吸引到源極。
   
Nand Flash存儲(chǔ)空間由若干個(gè)plane組成,每個(gè)plane又包含若干個(gè)塊,塊又由頁組成。頁包括數(shù)據(jù)區(qū)域和冗余區(qū)域2部分,數(shù)據(jù)區(qū)域用來存儲(chǔ)數(shù)據(jù),冗余區(qū)域則用來存儲(chǔ)ECC相關(guān)信息和映射表等信息12。頁為Nand Flash的讀寫單元,塊為擦除操作單元。
 
Nand Flash每個(gè)存儲(chǔ)單元可以存儲(chǔ)一個(gè)或多個(gè)比特位,當(dāng)只存儲(chǔ)一個(gè)比特位時(shí),這種存儲(chǔ)單元稱為單階存儲(chǔ)單元( SLC);當(dāng)能夠存儲(chǔ)2個(gè)比特位時(shí),稱為多階存儲(chǔ)單元(MLC);當(dāng)存儲(chǔ)3個(gè)比特位時(shí),稱為三階存儲(chǔ)單元(TLC)。在 MLC和TLC中,通過不同的電荷量來存儲(chǔ)多個(gè)比特位,因此數(shù)據(jù)讀取時(shí)需要檢測(cè)出電流量大小以確定電荷級(jí)別。而在SLC中只需檢測(cè)電荷的有無即可。MLC和TLC類型存儲(chǔ)器利用單個(gè)存儲(chǔ)單元存儲(chǔ)多個(gè)比特位,大大提高了存儲(chǔ)密度,降低了存儲(chǔ)成本,但同時(shí)也增大了誤碼率,而且壽命也要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于SLC類型存儲(chǔ)器。
 
對(duì)于長(zhǎng)度為512 B的數(shù)據(jù),目前的糾錯(cuò)位數(shù)要求大概為:
SLC:1位~12位糾錯(cuò)能力;
MLC:4位~40位糾錯(cuò)能力;
TLC:60位以上的糾錯(cuò)能力。
 
Nand閃存存儲(chǔ)錯(cuò)誤發(fā)生的機(jī)制主要包括:存儲(chǔ)密度的提升以及閾值電壓多級(jí)分布造成各存儲(chǔ)單元之間干擾增大,從而導(dǎo)致存儲(chǔ)過程中存儲(chǔ)電壓發(fā)生偏移而發(fā)生錯(cuò)誤;隨著編程擦除周期次數(shù)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(qū)變寬,導(dǎo)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(yīng)用環(huán)境中,電子會(huì)由于能量輻射而發(fā)生熱運(yùn)動(dòng),也會(huì)導(dǎo)致存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的錯(cuò)誤。采用糾錯(cuò)編碼技術(shù)能夠大大降低這些錯(cuò)誤的發(fā)生。


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