(闪存)存储基础知识

闪存的特性:
1.闪存在写之前必须先擦除，不能覆盖写，于是固态硬盘才需要垃圾回收（Garbage Collection，或者叫Recycle）；
2.坏块:
闪存每个块（Block）擦写次数达到一定值后，这个块要么变成坏块，要么存储在上面的数据不可靠；其次闪存出厂时存在坏块。因此需要ECC纠错保护。
固态硬盘固件必须做磨损平衡，让数据平均写在所有块上，而不是盯着几个块拼命写（不然很快固态硬盘就报废了）
3.Read Disturb 读干扰
读干扰影响的是同一个block中的其他page，而非读取的闪存页本身。
当你读取一个闪存页（Page）的时候，闪存块当中未被选取的闪存页的控制极都会加一个正电压，以保证未被选中的MOS管是导通的。这样问题就来了，频繁地在一个MOS管控制极加正电压，就可能导致电子被吸进浮栅极，形成轻微写，从而最终导致比特翻转
4.Program Disturb 写干扰
轻微写导致的，既影响当前的page也影响同一个block的其他page。
5.存储单元之间的耦合
导体之间的耦合电容
6.电荷泄露
长时间不用，电荷泄露

闪存基础结构

闪存的基本存储单元cell， 是一种类NMOS的双层浮栅（Floating Gate）MOS管。

在源极（Source）和漏极（Drain）之间电流单向传导的半导体上形成存储电子的浮栅，浮栅上下被绝缘层包围，存储在里面的电子不会因为掉电而消失，所以闪存是非易失性存储器。
写操作是在控制极加正电压，使电子通过绝缘层进入浮栅极。擦除操作正好相反，是在衬底加正电压，把电子从浮栅极中吸出来，

一个存储单元存储1bit数据的闪存，我们叫它为SLC（Single Level Cell），存储2bit数据的闪存为MLC（Multiple Level Cell），存储3bit数据的闪存为TLC（Triple Level Cell），如表3-1所示。现在已经有厂商在研发QLC，即一个存储单元存储4bit数据，本书不做介绍。

Charge Trap

芯片框架

一个闪存芯片有若干个DIE（或者叫LUN），每个DIE有若干个Plane，每个Plane有若干个Block，每个Block有若干个Page，每个Page对应着一个Wordline，Wordline由成千上万个存储单元构成cell。

1. DIE/LUN是接收和执行闪存命令的基本单元
   但在一个LUN当中，一次只能独立执行一个命令，你不能对其中某个Page写的同时，又对其他Page进行读访问。

2. 每个Plane都有自己独立的Cache Register和Page Register，其大小等于一个Page的大小。

3. Multi-Plane（或者Dual-Plane），主控先把数据写入第一个Plane的Cache Register当中，数据保持在那里，并不立即写入闪存介质，等主控把同一个LUN上的另外一个或者几个Plane上的数据传输到相应的Cache Register当中，再统一写入闪存介质。

4. 闪存的擦除是以Block为单位的
   那是因为在组织结构上，一个Block当中的所有存储单元是共用一个衬底的（Substrate）

三维闪存

《Inside NAND Flash Memories》一书提供的某一类三维闪存的结构示意图，在这种三维闪存中，沟道是竖起来的，一层一层盖楼的是连接到栅极的Wordline。

寿命问题

解决:
1.Wear Leveling：通过磨损平衡算法，让所有的闪存块均衡擦写，避免少数闪存块先挂掉，导致固态硬盘容量下降。
2.Data Retention
《Data Retention in MLC NAND Flash Memory：Characterization，Optimization，and Recovery》
3.Trap-assisted tunneling（TAT）

ECC

有些闪存内部也集成了ECC纠错模块。常用闪存ECC纠错算法有BCH（Bose、Ray-Chaudhuri与Hocquenghem三位大神名字的首字母）和LDPC（Low Density Parity Check Code）等。目前市面上很多固态硬盘控制器上采用的是BCH，但采用LDPC正成为一种趋势。

RAID

（Redundant Arrays of Independent Disks）纠错技术。