闪存flash进阶知识

这一章关于闪存主要是SLC, MLC, TLC, 3D flash的比较,主要点如下:

1、FLASH的写步骤ISPP
2、在写数据之前要进行随机化编码
3、slc、mlc、tlc性能的比较
4、一个具体的flash读写的体系结构
5、目前定义的flash的IO接口规范
6、ssd里面并行性的体现
7、mlc为什么要采用格雷编码
8、tlc的三步编程操作
9、3D FLASH的相关特性

下面分别对这9个方面进行具体的分析:

1、FLASH的写步骤ISPP

闪存的编程操作实际是对闪存页的写操作,通过电压来完成的,那么闪存的编程操作特别地方是采用的ISPP,步进式的编程,如下:
在这里插入图片描述
从这个ISPP操作上可以看出,ISPP的中文是步进式编程操作,也就是说flash写操作的时候,施加编程电压的时候,不是电压一次到位,二是步进式的一步一步的,首先加个在这里插入图片描述,然后进行判断比较是否达到需要的编程电压,如果没有达到,在加在这里插入图片描述,直到达到,也就是一步一步的完成电压的升高,完成指定编码数据的编程。

2、在写数据之前要进行随机化编码

在这里插入图片描述
之前都没有了解到,在编码数据写入flash阵列之前,还要进行随机化编码这步。这个步骤的目的是为了降低错误率。随机化编码就是让1和0平衡,这样在不同的字线之间编码的时候1和0相对均衡,就不会导致全是1编码,BL线上面的cell之间就有电子游走,导致bit的错误翻转。
具体的一个步骤,从图中也可以看出来:
在这里插入图片描述

3、slc、mlc、tlc性能的比较

在这里插入图片描述
从图上可以看出以下几个特性:
(1)slc的P/Ecycle 擦写次数可以达到几十万次,mlc、tlc都只能达到几千次
(2)slc的读写时间最短,tlc的读写时间最长。
(3)slc的读时间大概20多微秒,写时间大概200微秒;mlc的读时间大概50微秒,写时间大概500微秒,tlc的读时间大概75微秒,写时间很长,大概有1.2毫秒左右。
(4)擦写时间大概都是2~4ms.

4、一个具体的flash读写的体系结构

在这里插入图片描述

5、目前定义的flash的IO接口规范

在这里插入图片描述

6、ssd里面并行性的体现

在这里插入图片描述
这个图说明了一个ssd中的4个并行性,从图上可以看出首先是通道数是一个并行,每个通道配合一个控制器,拿实物对应一样,我们opsenssd上对应的那两个c卡槽就是两个通道;其次是一个通道上的chip并行,同样对应openssd上面的4个chip;然后是一个chip内部的die之间的并行;最后是一个die内的plane之间的并行。

7、mlc为什么要采用格雷编码

在这里插入图片描述
之间分析了mlc编程时候,知道它有4个状态,当时并没有考虑编码这个过程,但是也忽略了一个问题,那就是错误bit数。

当我们加电压的时候在电压临界时,就容易发生错误,如果没有编码,那么从10—>01就会发生2个bit的错误,但是进行格雷编码,也就是每相邻的两个状态之间只有一个bit不同,这样可以保证,即使是发生了码间误扰,最多也只有1个的bit错误。
这就是为什么采用格雷编码的原因!!!

8、tlc的三步编程操作

在这里插入图片描述
TLC的三步写步骤在当初做tlc controller已经了解的很清楚了,就是说tlc的三个逻辑页不是顺序写的,要通过规定好的步骤,先写哪个字线的哪一个逻辑页,再写哪个字线的逻辑页,如右上图所示,为什么这么做,分析可能的原因是,因为tlc一个cell里包含三个bit,那么的它的能量域非常细,如果LSB写了之后,再紧接着写CSB,这个时候会对第一个页的电子迁移造成影响,需要等待一段时间写之后,效果会更好。

tlc和slc、mlc的比较
在这里插入图片描述
从这个表可以看出来,tlc芯片采用slc模式,与之前的slc片子的读写时间相同,读时间大概20-30微秒,写时间大概200~300微秒。同时可以看出来,tlc的写延迟非常大,可以达到2.4ms

9、3D FLASH的相关特性

首先3D FLASH没有采用传统的浮栅结构,而是采用了新的绝缘体用来存储电子Charge Trap,如下:
在这里插入图片描述
其次3D flash的另外一个特性就是它可以一次写三个逻辑页一个wl的数据下去,不在采用一页页的编程,而是一次都写入(1-pass):
在这里插入图片描述
也就说说同一个wl上的三页数据同时被编程,那么编程步骤就是顺序的,需要的写时间是1.1ms:
在这里插入图片描述

最后分析3D FLSAH的性能参数:
在这里插入图片描述
从图上可以看出:
3D TLC也支持slc模式,在这个模式下,它的读写时间性能接近MLC的读写性能。
SD TLC在tlc模式下,读时间只有90微秒,并且之前一直有问题的写时间减少到1.1ms。(不是3D的tcl,写时间2.4ms)

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