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        閃存磨損均衡技術(shù)分析

        2015-11-04 02:28:15阮圓
        山東工業(yè)技術(shù) 2015年21期

        摘 要:閃存存儲(chǔ)器(Flash Memory)簡(jiǎn)稱閃存,是一種基于半導(dǎo)體技術(shù)的非易失性存儲(chǔ)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(gè)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(gè)存儲(chǔ)器的生命周期,為了提高閃存存儲(chǔ)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(chǔ)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(shì)。

        關(guān)鍵詞:閃存;磨損均衡;擦除;冷熱數(shù)據(jù)

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

        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(diǎn)是存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)在主機(jī)掉電后不會(huì)丟失,其記錄速度也非??臁ntel是世界上第一個(gè)生產(chǎn)閃存并將其投放市場(chǎng)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(rèn)為是NOR型閃存的理想替代者。NAND型閃存主要用來存儲(chǔ)資料,我們常用的閃存產(chǎn)品,如u盤、SD卡等數(shù)碼存儲(chǔ)卡都是用NAND型閃存。

        由于閃存中每個(gè)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(gè)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(qǐng)為1991年申請(qǐng),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(qǐng)為基礎(chǔ)提交了幾篇系列申請(qǐng),接著又開始采用不同的手段進(jìn)行磨損均衡操作,其在2001年6月1日提交了一篇公開號(hào)為US2002184432A1的美國(guó)申請(qǐng),該申請(qǐng)同時(shí)在臺(tái)灣,日本,澳大利亞,韓國(guó)等多個(gè)國(guó)家具有同族。該申請(qǐng)為了提高靜態(tài)區(qū)的磨損均衡,通過采取在在閃存存儲(chǔ)器剛剛寫入或擦除大量數(shù)據(jù)的時(shí),將靜態(tài)區(qū)的數(shù)據(jù)進(jìn)行主動(dòng)更新,從而實(shí)現(xiàn)磨損均衡。

        隨后又在2002年10月28日提出了一件US28182402B1申請(qǐng),通過對(duì)所有的區(qū)塊進(jìn)行擦除計(jì)數(shù),并將區(qū)塊進(jìn)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(gè)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(shí)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(jìn)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(qǐng)。

        在2004年11月15日提交的公開號(hào)為US2006106972A1的專利申請(qǐng),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(jìn)行擦除。

        從上面可以看出,桑迪士克公司對(duì)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(gè)方面進(jìn)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(yàn)。

        接著,隨著互聯(lián)網(wǎng)大潮的興起,處于技術(shù)變革時(shí)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(jìn)行了一系列的專利申請(qǐng)。

        2005年11月29日,提交了公開號(hào)為US2006203546A1的專利申請(qǐng),現(xiàn)有技術(shù)的大多數(shù)擦除算法都需要計(jì)算數(shù)據(jù)塊的擦除次數(shù),需要開辟存放擦除計(jì)數(shù)的空間,本發(fā)明采用的技術(shù)手段是通過計(jì)算每個(gè)塊已被擦除的次數(shù)和至少一個(gè)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(chǔ)到所述存儲(chǔ)器裝置中。

        2008年1月31日,提交了公開號(hào)為US2009198869A1的專利申請(qǐng),其改進(jìn)點(diǎn)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(gè)數(shù)據(jù)塊的擦除值通過計(jì)算平均值或者最大值的方式,重新給該丟失擦除計(jì)數(shù)值的數(shù)據(jù)塊賦值。

        2011年12月19日,提交公開號(hào)為US2013159600 A1的專利申請(qǐng),為了達(dá)到閃存的磨損均衡,其使用的技術(shù)手段是通過把一個(gè)數(shù)據(jù)塊分成兩個(gè)部分,當(dāng)?shù)谝粎^(qū)塊生命周期用盡后,然后把數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(hào)為WO2013095819 A1的專利申請(qǐng),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(huì)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(diǎn)。可以看出,國(guó)外對(duì)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(chǎng)。

        參考文獻(xiàn):

        [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.

        作者簡(jiǎn)介:阮圓(1989-),女,碩士,研究實(shí)習(xí)員,研究方向:存儲(chǔ)器領(lǐng)域-專利審查。endprint

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