李嬌

【摘 要】NAND閃存以其高訪問速度，易集成化以及低功耗等特性成為應(yīng)用最為廣泛的存儲介質(zhì)。磨損均衡技術(shù)對于延長NAND閃存的壽命，提高閃存塊的使用效率起到重要的作用。本文通過分析NAND閃存磨損均衡技術(shù)是否考慮冷數(shù)據(jù)的均衡對磨損均衡技術(shù)進行分類，并從分類所得的技術(shù)分支對NAND閃存磨損均衡的專利技術(shù)進行了綜述。

【關(guān)鍵詞】NAND閃存 磨損均衡 損耗均衡 延長使用壽命

1 閃存磨損均衡技術(shù)概述

1989年，東芝公司發(fā)表了NAND結(jié)構(gòu)，強調(diào)降低每比特的成本，追求更高的性能，并被大量應(yīng)用于移動設(shè)備和嵌入式設(shè)備中。NAND閃存是由一定數(shù)量的塊組成的，物理塊是擦除的最小單位，而讀和寫都是以頁為單位。寫操作只能在空白塊或者已擦除的塊內(nèi)進行，并且每個擦除塊的擦除次數(shù)有限，一般是在10萬次到100萬次之間。所以需要運用磨損均衡算法使擦除操作平均地發(fā)生在各個塊上。

磨損均衡算法的核心是在每次寫操作時將新數(shù)據(jù)寫入到最少被使用的物理塊中，來達(dá)到整個固態(tài)硬盤存儲介質(zhì)的擦除次數(shù)均衡，從而可以大大提高整個固態(tài)硬盤的壽命。

2 NAND閃存磨損均衡技術(shù)專利實證分析

專利信息實證分析是從專利文獻(xiàn)中采集專利信息，對其主要指標(biāo)進行加工、整理和分析，這些主要指標(biāo)包括如技術(shù)發(fā)展趨勢分析、年度趨勢分析、申請人（發(fā)明人）分析、技術(shù)分支分析等等。本文首先確定所需的專利檢索的關(guān)鍵詞和分類號，檢索出形成本文分析所需的中英文專利申請共111篇文獻(xiàn)，其中中文文獻(xiàn)77篇，英文文獻(xiàn)34篇，并標(biāo)引分析。

2.1 申請時間和數(shù)量

分析得出國內(nèi)外NAND閃存磨損均衡技術(shù)專利申請隨時間的申請量的變化的分析結(jié)果如圖2-1-1所示?？梢钥闯鼋鼛啄陙恚S著NAND閃存磨損均衡的技術(shù)的發(fā)展，NAND閃存磨損均衡領(lǐng)域的創(chuàng)新活動也越來越活躍，NAND閃存磨損均衡專利技術(shù)年度申請量快速增加。

2.2 主要技術(shù)分支和數(shù)量

分析得出國內(nèi)外NAND閃存磨損均衡技術(shù)專利申請的主要技術(shù)分支的分析結(jié)果如圖2-2-1所示。針對NAND閃存磨損均衡技術(shù)專利申請的研究，主要分為兩個技術(shù)分支：動態(tài)磨損均衡技術(shù)和靜態(tài)磨損均衡技術(shù)。從圖可知，靜態(tài)磨損均衡技術(shù)和動態(tài)磨損均衡技術(shù)的申請量均呈現(xiàn)一個逐年增長的情況。

3 NAND閃存磨損均衡的主要分類與分析

本章將從上述兩個技術(shù)分支對檢索得到的111篇國內(nèi)外關(guān)于NAND閃存磨損均衡技術(shù)的專利申請進行具體分析。

3.1 動態(tài)均衡磨損技術(shù)

動態(tài)磨損均衡技術(shù)側(cè)重于更新數(shù)據(jù)時對目標(biāo)物理頁的選擇，是將新版本的數(shù)據(jù)寫到別的頁上去，原來的數(shù)據(jù)標(biāo)示為無效，那么存放無效數(shù)據(jù)的頁在垃圾回收時就能得到擦除的機會。代表性專利為：CN200610113624。而對于更新的數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)寫入替換塊里，然后將原塊鏈接到垃圾鏈里面。

3.2 靜態(tài)磨損均衡技術(shù)

如果某塊上存放的都是更新頻率很低的靜態(tài)數(shù)據(jù)或稱為“冷”數(shù)據(jù)，故其上出現(xiàn)的臟頁很少，結(jié)果這個塊的擦除次數(shù)要明顯小于別的塊，導(dǎo)致?lián)p耗的不均衡性，為解決這一問題，即出現(xiàn)了靜態(tài)磨損均衡算法。靜態(tài)磨損均衡技術(shù)按照在處理過程中是否帶有隨機性，分為隨機性技術(shù)，以及在處理過程中不帶有隨機性的確定性技術(shù)。

隨機性磨損均衡技術(shù)，其處理思想基于統(tǒng)計學(xué)理論，算法中的隨機參數(shù)多采用均勻的概率分布，通過大量處理來實現(xiàn)損耗的均勻分布。代表性專利是：US20010870315。

確定性磨損均衡技術(shù)，記錄各個物理塊的擦除次數(shù)和塊上存放數(shù)據(jù)的時間長短等一些能做出磨損均衡處理決定的信息，用這些信息來做出明確的處理決定。確定性磨損均衡技術(shù)又可以分成兩類：靜態(tài)周期型確定性磨損均衡技術(shù)和靜態(tài)全局型確定性磨損均衡技術(shù)。

靜態(tài)周期型確定性磨損均衡技術(shù)將閃存壽命看做是由一個個的磨損均衡處理周期構(gòu)成的。在一個處理周期中，已達(dá)到規(guī)定的擦除次數(shù)的塊在這一輪周期中將不會再被選中，這樣就能使各個塊都達(dá)到相同的擦除次數(shù)。代表性專利是：CN201110161755。

靜態(tài)全局型確定性磨損均衡技術(shù)并不劃分處理周期，而是在一個全局范圍內(nèi)控制塊的損耗均衡。當(dāng)任何兩個塊的擦除次數(shù)之差超過一個給定的閾值時，或者當(dāng)某塊的擦除次數(shù)超過了所有塊的平均擦除次數(shù)時，啟動磨損均衡處理，將擦除次數(shù)少的塊上數(shù)據(jù)和擦除次數(shù)多的塊上數(shù)據(jù)進行交換。代表性專利有：US20040799039。

4 技術(shù)綜述在審查實踐中的應(yīng)用

在撰寫以上專利技術(shù)綜述的過程中，通過對涉及動態(tài)磨損均衡和靜態(tài)磨損均衡的的國內(nèi)外專利進行集中收集、閱讀和梳理，在較短時間內(nèi)了解了該領(lǐng)域?qū)＠夹g(shù)的發(fā)展脈絡(luò)，掌握了國內(nèi)外主要申請人的技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r，有效提高了對于專利申請發(fā)明點的把握，為后續(xù)的審查實踐中處理實際案例提供了指導(dǎo)和依據(jù)。