博主以後想講下FTL(Flash Translation Layer),所以先從Nand Flash先講起。由於是第一次寫博客,文筆、排版、邏輯性不好,所以多多見諒。
本文章主要從下面幾個方面來介紹Nand Flash:
- Nand Flash的基本介紹
- Nand Flash的分類
- Nand Flash的存儲原理
Nand Flash的基本介紹
Nand-flash內存是flash內存的一種,其內部採用非線性宏單元模式,爲固態大容量內存的實現提供了廉價有效的解決方案。Nand-flash存儲器具有容量較大,改寫速度快等優點,適用於大量數據的存儲,因而在業界得到了越來越廣泛的應用,如U盤、eMMC、SSD等等等..
Nand Flash分類
SLC:
傳統上,每個存儲單元內存儲1個信息比特,稱爲單階存儲單元(Single-Level Cell,SLC),使用這種存儲單元的閃存也稱爲單階存儲單元閃存(SLC flash memory),或簡稱SLC閃存。SLC閃存的優點是傳輸速度更快,功率消耗更低和存儲單元的壽命更長。然而,由於每個存儲單元包含的信息較少,其每百萬字節需花費較高的成本來生產,大多數用在企業上,很少有消費型SLC存儲設備拿來販賣,富士通生產的FSX系列是首款使用SLC芯片消費型固態硬盤,在2014販售。
MLC:
多階存儲單元(Multi-Level Cell,MLC)可以在每個存儲單元內存儲2個以上的信息比特,其“多階”指的是電荷充電有多個能階(即多個電壓值),如此便能存儲多個比特的值於每個存儲單元中。藉由每個存儲單元可存儲更多的比特,MLC閃存可降低生產成本,但比起SLC閃存,其傳輸速度較慢,功率消耗較高和存儲單元的壽命較低,因此MLC閃存技術會用在標準型的儲存卡,也用在最常見的消費型固態硬盤和U盤上。
TLC:
三階儲存單元(Triple-Level Cell, TLC),這種架構的原理與MLC類似,但可以在每個儲存單元內儲存3個信息比特。TLC的寫入速度比SLC和MLC慢,壽命也比SLC和MLC短,大約1000次。現在,廠商已不使用TLC這個名字,而是稱其爲3-bit MLC。(雖然現在SSD、eMMC用TLC Flash不受待見,但我想說,其實夠用的~當然有錢上MLC更好了)
V-NAND:
將NAND閃存在垂直方向進行堆疊和互聯,藉以提高單位面積的內存容量。最近很火的V-NAND,按存儲單元架構來分,也是屬於上面三種之一。
Nand Flash存儲原理
N-channel MOSFET(N型金氧半場效應晶體管)
Nand Flash存儲單位Cell結構如上圖,爲N-channel MOSFET,利用浮動門(Floating Gate)通過保存電子來保存比特信息。
在控制極施加電壓,源極和漏極爲低電平,電壓形成一個電場,電子可以通過從源極、漏極通過N-Channel穿過二氧化硅到浮動門電路。二氧化硅起絕緣作用。在充電過程中,電子電荷被存儲在浮動門電路(隧穿)。在沒有電場的情況下,電子無法進入或者逃離浮動門電路。當在控制極中給予反方向電場,可以把浮動門中電子“吸出”。
在SLC類型中,只需要兩種狀態,所以被充電到一定電勢的Cell表示0,反之表示1。MLC一個Cell的電勢分爲四個等級,分別代表(00,01,10,11),同理TLC有8個等級的電勢來代表(000,001,010,011,100,101,110,111)。按此類推,如果以後有n-Bit MLC,那麼一個Cell就需要2^n種狀態,電勢分爲2^n個等級。
由於在電子隧穿時候,二氧化硅會損耗,在二氧化硅破損後,原子鍵斷裂,在隧穿的過程中,電子可能會被二氧化硅捕獲,使得這裏電勢變化,影響控制柵極的電壓。每個單元都有一個最大的P/E(Program/Erase)循環數量。
參考
[1]https://en.wikipedia.org/wiki/Flash_memory
[2]http://baike.baidu.com/link?url=6p7s9yn68AIIS0iBn6lSbaRwznIHgyK28-uK91v1l9ycUn5K4OoLG_U_cyhvv-UnG_v7sijnwPWygN9kkd-wlq
[3]《Inside Nand Flash Memories》
[4]http://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MjM5ODM1OTg2MQ==&mid=205599198&idx=1&sn=a253b557f6472c8cdc5ff89df14d5419&wm=9006_2001#rd