flashmemory全攻略

快閃記憶體將資料儲存在由浮栅金属氧化物半导体场效应晶体管組成的記憶單元陣列內,在單階儲存單元(Single-level cell, SLC)裝置中,每個單元只儲存1位元的資訊。 而多階儲存單元(Multi-level cell, MLC)裝置則利用多種電荷值的控制讓每個單元可以儲存1位元以上的資料,这样提升了容量,降低价格,但是减少了寿命,性能下降,存储稳定性下降。 目前已经量产TLC(Trinary-Level Cell)还有QLC产品,目前TLC还是主要使用的技术。 序列介面快閃記憶體是一種使用序列式介面(通常使用序列周邊介面匯流排(SPI))來循序存取資料內容,小型且低功率的快閃記憶體。 快閃記憶體晶片內部的容量大小是以2進位倍數計算,但並非所有實際容量空間均能被驅動器介面所使用。

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同時使用在高效能桌上型電腦及一些具有RAID和SAN架構的伺服器上作為硬碟的替代品。 一般來說,SPI快閃記憶體的最小區段大小是4kB,最大可達64kB。 因為此類SPI快閃記憶體缺乏內部SRAM緩衝區,修改資料時必須將完整的資料頁讀出,再修改資料後,寫回快閃記憶體中,使得管理速度變慢。 SPI快閃記憶體比平行式介面快閃記憶體便宜,因此應用於具有程式代碼映射(Code-Shadowing)功能的系統上,是一個不錯的選擇。

flashmemory: 存储单元电位阶数划分

隨著現下CPU的速度越來越快,平行式介面快閃記憶體元件的速度通常遠小於與其連接的電腦系統記憶體匯流排速度。 相較之下,目前的SRAM存取的時間通常小於10ns,而DDR2 flashmemory SDRAM存取時間一般則小於20ns。 因為這個因素,一般合理的使用方式是將要存放於映射記憶體裡的程式碼預先存放於快閃記憶體中,並在CPU執行程式碼前將快閃記憶體中的程式碼複製到映射記憶體中,如此一來,CPU就可以用最高速度來取用程式碼。 設備上的韌體也可以預先存放於序列式介面快閃記憶體中,在設備開機後,將其複製到SDRAM或SRAM裡。

  • 借助3D-NAND,固态硬盘容量得到了质的提升,在2017年中国国内一家厂商Memblaze发布的PBlaze5 PCIe SSD已经最高可以做到11TB可用容量。
  • 快閃記憶體在分類上屬於“EEPROM”的一種,但一般業界所講的EEPROM指的是那種“非快閃式”的普通EEPROM,並不是指它。
  • TLC NAND型快閃記憶體的續航率通常落在1千次或更多(Samsung 840);以多層結構取代微縮及採用LDPC校正、都延長了續航率。
  • 在假设低电位表示二进制的0,高电位表示二进制的1时,SLC、MLC、TLC和QLC的电位及二进制值对比表。
  • 快閃記憶體以“大區塊抹除”的方式改寫其體內的資料,因為這種大區塊的特性導致它的“写入速度”往往慢于“读取速度”,但也導致它的成本遠遠低於“以位元組為單位寫入”的普通EEPROM。

[來源請求]操作次數(Number flashmemory of Operations, NOPs)則代表“頁”可以被寫入的次數。 [來源請求]NAND Flash也需要由裝置驅動程式軟體或分離的控制器晶片來進行壞區管理,例如SD卡內部便包含實行壞區管理與耗損平衡的電路。 flashmemory 當一個邏輯區被高階軟體存取時,邏輯區對應到實體區的工作則由驅動程式或控制器進行。 由於NOR Flash沒有原生壞區管理,所以一旦儲存區塊發生毀損,軟體或驅動程式必須接手這個問題,否則可能會導致裝置發生異常。 在解鎖、抹除或寫入NOR Flash區塊時,特殊的指令會先寫入已繪測的記憶區的第一頁(Page)。

flashmemory: 闪存

做为一个工程师,他忍受不了这种待遇,不得不辞职进入大学继续科研。 東芝在1989年的国际固态电路会议(ISSCC)上發表了NAND Flash。 NAND Flash具有較快的抹寫時間,而且每個儲存單元的面積也較小,這讓NAND Flash相較於NOR Flash具有較高的儲存密度與較低的每位元成本。 然而NAND Flash的I/O介面並沒有隨機存取外部位址匯流排,它必須以區塊性的方式進行讀取,NAND Flash典型的區塊大小是數百至數千位元。 NOR型快閃記憶體面世後,成為比現有的EPROM與EEPROM記憶體更經濟、更方便的複寫型唯讀記憶體。

损耗平衡是闪存产品使用寿命的必要保证,在U盘和固態硬碟等产品中,均有相关支持。 NOR型快閃記憶體內部記憶單元以平行方式連接到位元線,允許個別讀取與程式化記憶單元。 這種記憶單元的平行連接類似於CMOS NOR閘中的電晶體平行連接。

flashmemory: 快閃記憶體作為長時間檔案儲存媒體

取而代之的是,外部裝置可使用順序存取命令與資料暫存器與NAND型快閃記憶體溝通,由記憶體內部取得所需資料並將其輸出。 flashmemory 選擇這種設計方式使得NAND型快閃記憶體無法隨機存取,但是NAND型快閃記憶體的主要目標是取代硬碟,而不是唯讀記憶體。 讀取與寫入動作可以以“頁”為單位偏移量進行,抹除動作只能以“區塊”為單位偏移量進行。 NAND Flash還有一項限制就是區塊內的資料只能序列性的寫入。

接著快閃記憶晶片會提供可用的指令清單給實體驅動程式,而這些指令是由通用快閃記憶體介面(Common Flash memory Interface, CFI)所界定的。 flashmemory 與用於隨機存取的ROM不同,NOR Flash也可以用在儲存裝置上;不過與NAND Flash相比,NOR Flash的寫入速度一般來說會慢很多。 所使用的快閃記憶體讀取方式隨著時間的推移會導致在同一區塊中相近的記憶單元內容改變(變成寫入動作)。

flashmemory: 區塊抹除

另外,如飛索半導體的MirrorBit技術,也是屬於這一類技術。 2005年,東芝與新帝公司使用多階儲存單元(multi-level cell,MLC)技術開發出可儲存1GB資料量的NAND型快閃記憶體晶片,MLC擁有在最小記憶單元中儲存兩個位元資料的能力。 2005年9月,三星電子宣布開發出世界上第一顆2GB快閃記憶體晶片。 由於NAND型快閃記憶體本身相對簡單的結構及對高容量的高需求關係,使它成為電子元件中,在技術規模上發展最積極的。 只有少數幾家頂尖的製造商能夠在高度的競爭中,積極的開發出縮小設計規則或是製程技術里程點。 flashmemory 雖然原始版本摩爾定律所預測尺寸縮小一半時程因子為每三年,但是在近期NAND型快閃記憶體的例子上這個因子卻是每兩年。

快閃記憶體晶片實際的容量會大於出厂可用容量,或者说,可用容量会小于芯片容量,這是為了存放寫入的闪存寿命磨损均衡表(FTL)(記憶損耗平衡)、出厂预留空间、分区表、錯誤修正碼、及裝置內部韌體程式運算所需要的其他中繼資料。 因為採用順序連接方式及去除字元組的接觸點,NAND型快閃記憶體記憶單元的大型閘格所占面積只有NOR型記憶單元的60%(假設採用相同的CMOS製程,如130nm、90nm或65nm)。 flashmemory NAND型記憶體的設計者理解到快閃記憶體的面積,在移除外部位址線及資料匯流排電路後,將可進一步縮小。

flashmemory: 讀取干擾

在假设低电位表示二进制的0,高电位表示二进制的1时,SLC、MLC、TLC和QLC的电位及二进制值对比表。 四阶储存单元(Quad-Level flashmemory Cell, QLC),每個儲存單元有4個bits的格式,壽命为四者之中最短,大约只有500次。 2015年,英特尔及美光联合发布了xPoint新型存储介质,这种介质是一种相变存储材料(而非NAND或者Nor),当下主要用于英特尔的Optane固态硬盘中。 3.源-漏電流夠高了,足以導致某些高能電子越過絕緣層,並進入絕緣層上的FG,這種過程稱為熱電子注入。

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現在,廠商已不使用TLC這個名字,而是稱其為3-bit MLC。 将NAND闪存在垂直方向进行堆叠和互联,藉以提高單位面積的記憶體容量。 3D NAND会提高产品容量还有稳定性,长江存储3D NAND的Xtacking技术,可以有效降低在有不同制程需求的晶圆之间的干扰,增加运行效率,降低制造难度和设计难度,提升3D NAND的良品率。 MLC NAND型快閃記憶體對於早期中型容量應用的續航力通常落在5千至1萬次(Samsung K9G8G08U0M),對於后期大型容量應用的續航率則落在1千至3千次。 雖然抹寫都需要高電壓才能進行,不過實際上現今所有快閃記憶體晶片是藉由晶片內的电荷泵產生足夠的電壓,所以只需要一個單一的電壓供應即可。

flashmemory: 快閃記憶體檔案系統

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