阮 圓（國家知識產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作湖北中心,武漢 430070）

閃存磨損均衡技術(shù)分析

阮 圓
（國家知識產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作湖北中心,武漢 430070）

閃存存儲器（Flash Memory）簡稱閃存，是一種基于半導(dǎo)體技術(shù)的非易失性存儲器。閃存中數(shù)據(jù)的寫入是基于先擦除后寫入的方式，擦除以塊為單位，每個數(shù)據(jù)塊的擦除次數(shù)有限，因擦除次數(shù)過多而被磨損的塊，影響了整個存儲器的生命周期，為了提高閃存存儲器的壽命，使得每塊的擦除均衡，磨損均衡技術(shù)成為flash存儲中研究的關(guān)鍵技術(shù)之一。本文從專利技術(shù)方面分析磨損均衡的發(fā)展趨勢。

閃存；磨損均衡；擦除；冷熱數(shù)據(jù)

1 前言

東芝公司于1984年提出了閃存的概念，與傳統(tǒng)電腦內(nèi)存不同，閃存的特點是存儲的數(shù)據(jù)在主機掉電后不會丟失，其記錄速度也非?？?。Intel是世界上第一個生產(chǎn)閃存并將其投放市場的公司，該公司的第一款產(chǎn)品為容量為256Kbit閃存芯片。后來，Intel發(fā)明的這類閃存被統(tǒng)稱為NOR型閃存。第二種閃存稱為NAND型閃存，它由日立公司研制成功，并被認為是NOR型閃存的理想替代者。NAND型閃存主要用來存儲資料，我們常用的閃存產(chǎn)品,如u盤、SD卡等數(shù)碼存儲卡都是用NAND型閃存。

由于閃存中每個區(qū)塊的擦除次數(shù)有限，因而發(fā)展出一種磨損均衡操作，磨損均衡[1,2]是為了平均地使用閃存中的每個塊，避免特定區(qū)塊使用過度，也就是說，避免每塊的擦除次數(shù)過多而變成壞區(qū)塊而無法使用，降低了閃存的壽命。

2 桑迪士克公司關(guān)于閃存磨損均衡技術(shù)脈絡(luò)分析

第一篇專利申請為1991年申請，為了保證數(shù)據(jù)塊的擦除平衡，采用了閾值的方式，交換最大擦除次數(shù)塊和最小擦除次數(shù)塊之間的數(shù)據(jù)。

接著以第一篇專利申請為基礎(chǔ)提交了幾篇系列申請，接著又開始采用不同的手段進行磨損均衡操作，其在2001年6月1日提交了一篇公開號為US2002184432A1的美國申請，該申請同時在臺灣，日本，澳大利亞，韓國等多個國家具有同族。該申請為了提高靜態(tài)區(qū)的磨損均衡，通過采取在在閃存存儲器剛剛寫入或擦除大量數(shù)據(jù)的時，將靜態(tài)區(qū)的數(shù)據(jù)進行主動更新，從而實現(xiàn)磨損均衡。

隨后又在2002年10月28日提出了一件US28182402B1申請，通過對所有的區(qū)塊進行擦除計數(shù)，并將區(qū)塊進行分類，分為最頻繁擦除區(qū)塊表和最不頻繁擦除區(qū)塊表，訪問某個區(qū)塊的擦除次數(shù)，判斷其擦除次數(shù)是不是明顯小于平均擦除次數(shù)，則將區(qū)塊識別為靜態(tài)區(qū)塊，然后從最頻繁擦除區(qū)塊表中獲得區(qū)塊，并進行數(shù)據(jù)的交換。并以此專利為基礎(chǔ)，提交了一系列的系列申請。

在2004年11月15日提交的公開號為US2006106972A1的專利申請，其采用設(shè)置擦除池的方式，從擦除池中選擇數(shù)據(jù)塊進行擦除。

從上面可以看出，桑迪士克公司對磨損均衡這塊技術(shù)的研究一直在探索和研發(fā)，沒有中斷，從各個方面進行了嘗試，說明技術(shù)的發(fā)展雖然有它既定的脈絡(luò)，但是在發(fā)展初期，還是需要經(jīng)過多方面的探索與試驗。

接著，隨著互聯(lián)網(wǎng)大潮的興起，處于技術(shù)變革時期，桑迪士克要更好的走在技術(shù)前列，必然需要加大多閃存技術(shù)的研究。如下有進行了一系列的專利申請。

2005年11月29日，提交了公開號為US2006203546A1的專利申請，現(xiàn)有技術(shù)的大多數(shù)擦除算法都需要計算數(shù)據(jù)塊的擦除次數(shù)，需要開辟存放擦除計數(shù)的空間，本發(fā)明采用的技術(shù)手段是通過計算每個塊已被擦除的次數(shù)和至少一個其它塊已被擦除的次數(shù)的函數(shù)的數(shù)，以及將所述數(shù)存儲到所述存儲器裝置中。

2008年1月31日，提交了公開號為US2009198869A1的專利申請，其改進點在于由于系統(tǒng)斷電導(dǎo)致了數(shù)據(jù)塊的擦除值丟失，通過原先記載的各個數(shù)據(jù)塊的擦除值通過計算平均值或者最大值的方式，重新給該丟失擦除計數(shù)值的數(shù)據(jù)塊賦值。

2011年12月19日，提交公開號為US2013159600 A1的專利申請，為了達到閃存的磨損均衡，其使用的技術(shù)手段是通過把一個數(shù)據(jù)塊分成兩個部分，當?shù)谝粎^(qū)塊生命周期用盡后，然后把數(shù)據(jù)存儲到第二區(qū)塊的方式，來減少數(shù)據(jù)塊的擦除。

2012年11月15日，提交公開號為WO2013095819 A1的專利申請，通過寫入的數(shù)據(jù)與該塊的相關(guān)程度，選擇數(shù)據(jù)塊的擦除。

3 總結(jié)

通過分析可知，閃存的飛速發(fā)展，未來有一天應(yīng)該會代替?zhèn)鹘y(tǒng)的硬盤。而生命周期的問題，肯定是研究的重點?？梢钥闯?，國外對這塊的技術(shù)研究的比較靠前，依據(jù)桑迪士克的發(fā)展經(jīng)歷，站在技術(shù)的前沿，才能更好的占據(jù)市場。

[1]邢春波.閃存磨損均衡算法研究[D].浙江工業(yè)大學(xué),2008.

[2]高立森.固態(tài)硬盤控制器磨損均衡算法研究[D].上海交通大學(xué),2011.

阮圓（1989-），女，碩士，研究實習(xí)員，研究方向：存儲器領(lǐng)域-專利審查。

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2015.21.017