NAND閃存顆粒結(jié)構(gòu)及工作原理參考模板

1、NAND閃存顆粒結(jié)構(gòu)及工作原理前一節(jié)談SLC和MLC的區(qū)別時，我們說到NAND閃存是一種電壓元件，靠其內(nèi)存電壓來存儲數(shù)據(jù)，現(xiàn)在我們就來談?wù)勊慕Y(jié)構(gòu)及工作原理。       閃存的內(nèi)部存儲結(jié)構(gòu)是金屬-氧化層-半導(dǎo)體-場效晶體管(MOSFET)，里面有一個浮置柵極(Floating Gate)，它便是真正存儲數(shù)據(jù)的單元。請看下圖：                 

2、;  數(shù)據(jù)在閃存的存儲單元中是以電荷(electrical charge) 形式存儲的。存儲電荷的多少，取決于圖中的控制柵極（Control gate）所被施加的電壓，其控制了是向存儲單元中沖入電荷還是使其釋放電荷。而數(shù)據(jù)的表示，以所存儲的電荷的電壓是否超過一個特定的閾值Vth來表示。       1.對于NAND閃存的寫入（編程)，就是控制Control Gate去充電（對Control Gate施加電壓），使得浮置柵極存儲的電荷夠多，超過閾值Vth，就表示0。   

3、60;   2.對于NAND Flash的擦除(Erase)，就是對浮置柵極放電，低于閾值Vth，就表示1。            1 / 5       上圖是一個8Gb 50nm的SLC顆粒內(nèi)部架構(gòu)，每個page有33,792個存儲單元，每個存儲單元代表1bit(SLC)，所以每個page容量為4096Byte + 128Byte（SA區(qū)）。每個Block由64個page組

4、成，所以每個Block容量為262,114Byte + 8192Byte （SA區(qū)）。Page是NAND Flash上最小的讀取/寫入（編程）單位（一個Page上的單元共享一根字符線Word line），Block是NAND Flash上最小的擦除單位。不同廠牌不同型號顆粒有不同的Page和Block容量。       如上所述，大家應(yīng)該發(fā)現(xiàn)了，寫入時，是在字符線上加壓以寫入數(shù)據(jù)，擦除時則是在位線上加壓，因為一個塊共享一條位線，這也是擦除的單位是塊而不是頁的原因，同理寫入的最小單位是頁的原因大家想必也已明白。 &#

5、160;     下圖是個8Gb 50nm的SLC芯片，4KB+128字節(jié)的頁大小，256KB+8KB的塊大小。圖中每個頁內(nèi)4096字節(jié)用于存儲數(shù)據(jù)，另外128字節(jié)用于管理和ECC等。                   NAND閃存還會利用多Plane設(shè)計以提升性能，請看下圖：      

6、0;            多Plane設(shè)計的原理很簡單，從上圖中（Micron 25nm L73A)我們看到，一個晶片內(nèi)部分成了2個Plane，而且2個Plane內(nèi)的Block編號是單雙交叉的，想象我們在操作時，也可以進行交叉操作（一單一雙）來提升性能，根據(jù)測試，某些情況下性能可以比單Plane設(shè)計提高約50%以上。             &#

7、160;     上圖向大家清楚說明了多Plane設(shè)計提升性能的原因。       在前面的SSD基本架構(gòu)中，我們提及了交叉讀寫（Interleave）算法，這個算法的作用是什么呢？       前面所說的是針對單個晶片內(nèi)部的多Plane進行操作，這里的Interleave指的是對單通道下多個晶片進行操作。打個比方，下圖為64G的m4 SSD，顆粒為8顆粒L73A（每個顆粒內(nèi)部2個Die封裝)，那么作為8通

8、道的主控制器，每個通道里可以同時對2個Die(4個Plane）進行操作，達到提速的目的。                   假設(shè)上面是單通道的操作模式，下圖上面部分就是一個通道上有1個Die，下面部分則是一個通道上有2個Die。假定1次讀取需要5個時鐘周期，一個方塊代表1個時鐘周期，第五個時鐘周期數(shù)據(jù)即可傳輸完成，2個Die的時候采用交錯操作，第一個時鐘周期時Die 1 發(fā)送完讀取指令后在第二個時鐘周期時，Die 2接著