闪存颗粒结构及工作原理.pdf

NAND闪存颗粒结构及工作原理 前一节谈 SLC 和 MLC 的区别时，我们说到 NAND 闪存是一种电压元件，靠其内存电压来 存储数据，现在我们就来谈谈它的结构及工作原理。 闪存的内部存储结构是金属 -氧化层 -半导体 -场效晶体管 (MOSFET) ，里面有一个浮置栅 极 (Floating Gate) ，它便是真正存储数据的单元。请看下图： 数据在闪存的存储单元中是以电荷 (electrical charge) 形式存储的。存储电荷的多少， 取决于图中的控制栅极（ Control gate ）所被施加的电压，其控制了是向存储单元中冲入电 荷还是使其释放电荷。而数据的表示，以所存储的电荷的电压是否超过一个特定的阈值 Vth 来表示。 1. 对于 NAND 闪存的写入（编程 ) ，就是控制 Control Gate 去充电（对 Control Gate 施 加电压），使得浮置栅极存储的电荷够多，超过阈值 Vth ，就表示 0 。 2. 对于 NAND Flash 的擦除 (Erase) ，就是对浮置栅极放电，低于阈值 Vth ，就表示 1 。 上图是一个 8Gb 50nm 的 SLC 颗粒内部架构， 每个 page 有 33,792 个存储单元， 每个 存储单元代表 1bit(SLC) ，所以每个 page 容量为 4096Byte + 128Byte （SA 区）。每个 Block 由 64 个 page 组成，所以每个 Block 容量为 262,114Byte + 8192Byte （SA 区）。 Page 是 NAND Flash 上最小的读取 / 写入 （编程）单位 （一个 Page 上的单元共享一根字符线 Word line ）， Block 是 NAND Flash 上最小的擦除单位。不同厂牌不同型号颗粒有不同的 Page 和 Block 容量。 如上所述，大家应该发现了，写入时，是在字符线上加压以写入数据，擦除时则是在位 线上加压， 因为一个块共享一条位线， 这也是擦除的单位是块而不是页的原因， 同理写入的 最小单位是页的原因大家想必也已明白。 下图是个 8Gb 50nm 的 SLC 芯片， 4KB+128 字节的页大小， 256KB+8KB 的块大小。 图中每个页内 4096 字节用于存储数据，另外 128 字节用于管理和 ECC 等。 NAND 闪存还会利用多 Plane 设计以提升性能，请看下图： 多 Plane 设计的原理很简单，从上图中（ Micron 25nm L73A) 我们看到，一个晶片内部 分成了 2 个 Plane ，而且 2 个 Plane 内的 Block 编号是单双交叉的， 想象我们在操作时， 也 可以进行交叉操作（一单一双）来提升性能，根据测试，某些情况下性能可以比单 Plane 设计提高约 50% 以上。 上图向大家清楚说明了多 Plane 设计提升性能的原因。 在前面的 SSD 基本架构中，我们提及了交叉读写（ Interleave ）算法，这个算法的作用 是什么呢？ 前面所说的是针对单个晶片内部的多