NAND閃存結(jié)構(gòu)NAND Flash的內(nèi)部組織是由塊和頁(yè)構(gòu)成。每個(gè)塊包含多個(gè)頁(yè)

對(duì)于那些成本敏感的項(xiàng)目，設(shè)計(jì)師有時(shí)會(huì)將MLC NAND視為一種替代方案，MLC NAND高容量低成本。然而，MLC NAND 具有較低的耐用性（約等于SLC NAND的1/20），誤碼率高，在擴(kuò)展溫度范圍情況下不能很好工作。一段時(shí)間以來(lái)，閃存存儲(chǔ)廠商已經(jīng)推出了第三個(gè)選項(xiàng)，這是一種增強(qiáng)型MLC NAND產(chǎn)品，這些已經(jīng)以各種名稱銷售——如增強(qiáng)型MLC，aSLC，iSLC，superMLC，MLC +，turbo MLC等等這些，就是我們今天所說(shuō)的pSLC Nand Flash，而且也已經(jīng)被各存儲(chǔ)廠商提升了很大的性能。對(duì)于一般用戶來(lái)說(shuō)有點(diǎn)混亂，因?yàn)椴磺宄讓蛹夹g(shù)，這些不同的稱呼的產(chǎn)品是否性能一樣呢？

NAND Flash 基礎(chǔ)知識(shí)

NAND閃存結(jié)構(gòu)NAND Flash的內(nèi)部組織是由塊和頁(yè)構(gòu)成。每個(gè)塊包含多個(gè)頁(yè)面，這取決于設(shè)備容量; 每個(gè)塊典型的頁(yè)數(shù)量是64到256。每頁(yè)都有一個(gè)固定尺寸，目前的MLC NAND具有8KB或16KB的頁(yè)面大小，具體取決于設(shè)備容量。

MLC NAND編程

MLC NAND中的每個(gè)單元在編程時(shí)會(huì)存儲(chǔ)兩位數(shù)據(jù)，這兩位數(shù)據(jù)來(lái)自兩個(gè)不同的頁(yè)面。首先編程LSB，這將使存儲(chǔ)單元（cell）置于中級(jí)編程狀態(tài)。這個(gè)編程步驟被稱為低頁(yè)面或快速頁(yè)面編程。

這個(gè)編程步驟相當(dāng)快，因?yàn)橹屑?jí)編程狀態(tài)不需要非常精密，閾值電壓值只需要超過(guò)能使感測(cè)電路能區(qū)分擦除狀態(tài)的高度就足夠了。接下來(lái)編程MSB，這被稱為高頁(yè)面或慢頁(yè)面編程。這個(gè)編程步驟很慢，有兩個(gè)原因。首先，必須執(zhí)行讀取操作找出LSB是“0”還是“1”。然后，這個(gè)編程步驟必須將單元格精確地置于三種可能狀態(tài)中的一種，這需要一種在多通道里遞增地移動(dòng)單元閾值的編程算法。

總之，和SLC NAND編程比較，LSB / MSB編程順序結(jié)果在MLC中寫入量更慢?？焖夙?yè)面模式現(xiàn)在我們已經(jīng)看到了MLC NAND的編程方式，僅僅使用MLC NAND簡(jiǎn)單地存儲(chǔ)一位數(shù)據(jù)而不編程高頁(yè)面，這個(gè)方式顯然是可行的。使用MLC NAND的這種編程方式被稱為“快速頁(yè)面模式”。其實(shí)一些廠商一直以不同名稱在推廣這個(gè)產(chǎn)品，如“渦輪增壓模式”，MLC+等?？焖夙?yè)面模式的優(yōu)點(diǎn)是任何MLC NAND都可以實(shí)現(xiàn)，它不需要任何特殊指令，提供了一種實(shí)現(xiàn)性能提升的簡(jiǎn)單方法，但犧牲了設(shè)備的容量。缺點(diǎn)是與真正的SLC NAND閃存相比其設(shè)備耐久性只有輕微的提高。這是因?yàn)橹屑?jí)編程狀態(tài)的閾值電壓不如SLC NAND那么高。還因?yàn)檫@個(gè)，快速頁(yè)面模式NAND的錯(cuò)誤率和數(shù)據(jù)保持并不比標(biāo)準(zhǔn)MLC NAND好。在pSLC模式下，存儲(chǔ)單元也被用于存儲(chǔ)單個(gè)位的模式，但增加扭曲技術(shù)導(dǎo)致編程閾值被提高; 這在下圖中說(shuō)明：

pSLC與快速頁(yè)面

提高編程閾值電壓值具有許多優(yōu)點(diǎn)。它增加編程狀態(tài)與擦除狀態(tài)之間的感應(yīng)余量，從而提高了耐用性，更低的錯(cuò)誤率和數(shù)據(jù)保存更長(zhǎng)的時(shí)間。這些都是提高了噪音余量的結(jié)果，都?xì)w功于提高了編程閾值。感應(yīng)閾值的改變和較高的編程閾值要求每個(gè)MLC NAND 都有專門的指令。因此，不像快速頁(yè)模式，pSLC模式不能在任何MLC NAND上使用，僅僅在那些用MLC NAND的地方由供應(yīng)商提供專門的指令后方可使用。

pSLC模式與快速頁(yè)面模式

下表總結(jié)了pSLC模式和快速頁(yè)面模式之間的差異：

PSLC模式與100％超額配置（OP）

由于pSLC模式是用于MLC NAND預(yù)期容量的一半，所以出現(xiàn)了一個(gè)問(wèn)題，是否一個(gè)100%超額配置的MLC NAND（即物理容量是用戶容量的兩倍）可以實(shí)現(xiàn)與pSLC NAND相同的特性？答案是不。

100％ OP NAND仍然是在標(biāo)準(zhǔn)MLC模式下使用，因此它沒(méi)有pSLC NAND所擁有的性能提升，此外，由于100％OP NAND只是標(biāo)準(zhǔn)的MLC NAND，它與標(biāo)準(zhǔn)的MLC NAND一樣有高錯(cuò)誤率和低數(shù)據(jù)保留問(wèn)題。對(duì)于耐力，100％OP NAND與標(biāo)準(zhǔn)MLC NAND相比，其耐久性將翻倍，但正確配置pSLC NAND可以實(shí)現(xiàn)超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)MLC NAND的2倍以上的耐用性。

100％ OP NAND可能比pSLC NAND具有更耐用的唯一場(chǎng)景，就是在寫入small block數(shù)據(jù)時(shí)，而pSLC firmware又是以flash block來(lái)做單位（而不是flash page），在這樣的條件下，small block數(shù)據(jù)會(huì)大大增加損耗平衡功能（wear leveling）的運(yùn)作，flash block在沒(méi)有寫滿數(shù)據(jù)的時(shí)候，就已經(jīng)要被再erase，erase次數(shù)很頻密，這可能有助于其實(shí)現(xiàn)比pSLC NAND更高的耐力。在所有其他情況下，pSLC NAND應(yīng)具有更好的耐用特性。

概要

雖然大多數(shù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員都希望將SLC NAND產(chǎn)品用于其工業(yè)嵌入式應(yīng)用，但其高成本正在推動(dòng)一些設(shè)計(jì)師尋找便宜的替代品 ，MLC NAND產(chǎn)品無(wú)法滿足這些工業(yè)應(yīng)用的可靠性和耐用性要求。如今，很多SSD主控廠商在其固件中增加了對(duì)pSLC模式的支持。

我們已經(jīng)解釋了pSLC NAND背后的技術(shù)，其特性在SLC NAND與標(biāo)準(zhǔn)MLC NAND之間。對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員來(lái)說(shuō)，需要一個(gè)解決方案比SLC 成本低，但又比MLC具有更高的可靠性，pSLC會(huì)是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。