NAND Flash的底层结构文档格式.docx
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2.平衡磨损算法
3.透过坏块管理技术确保数据的完整性。
4.使用错误检测和校正技术
5.写入放大
只有满足了这些条件，才能得到一款理想中的完美的固态硬盘。
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Flash全名叫做FlashMemory，属于非易失性存储设备（Non-volatileMemoryDevice），与此相对应的是易失性存储设备（VolatileMemoryDevice）。
关于什么是非易失性/易失性，从名字中就可以看出，非易失性就是不容易丢失，数据存储在这类设备中，即使断电了，也不会丢失，这类设备，除了Flash，还有其他比较常见的如硬盘，ROM等，与此相对的，易失性就是断电了，数据就丢失了，比如大家常用的内存，不论是以前的SDRAM，DDRSDRAM，还是现在的DDR2，DDR3等，都是断电后，数据就没了。
Flash的内部存储是金属-氧化层-半导体-场效晶体管（MOSFET），里面有个悬浮门（FloatingGate），是真正存储数据的单元。
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2010-12-1305:
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数据在Flash内存单元中是以电荷（electricalcharge）形式存储的。
存储电荷的多少，取决于图中的控制门（Controlgate）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NANDFlash的写入（编程），就是控制ControlGate去充电（对ControlGate加压），使得悬浮门存储的电荷够多，超过阈值Vth，就表示0。
2.对于NANDFlash的擦除（Erase），就是对悬浮门放电，低于阀值Vth，就表示1。
NANDFlash的架构:
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如上图所示，这是一个8Gb50nm的SLC颗粒内部架构。
每个page有33,792个单元，每个单元代表1bit（SLC），所以每个page就是4096Byte+128Byte（SA）。
每个Block有64个page组成，所以每个Block容量为262,114Byte+8192Byte（SA）
page是NANDFlash上最小的读/写单位（一个page上的单元共享一根字符线Wordline），块是最小的擦除单位（。
不同厂牌不同型号颗粒有不同的page和block大小。
下图是个8Gb50nm的SLC颗粒。
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2010-12-1307:
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4KB的页尺寸，256KB的块尺寸。
图中4096字节用于存储数据，另外128字节用来做管理和ECC用。
SLC和MLC区别：
SLC主要针对军工，企业级应用，有着高速写入，低出错率，长耐久度特性。
MLC主要针对消费级应用，有着2倍容量于SLC，低成本，适合USB闪盘，手机，数码相机等储存卡。
如今也被用于消费级固态硬盘上。
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由上图可以看到，MLC和SLC虽然使用相同的电压值，但是电压之间的阀值被分成了4份，直接影响了性能和稳定性。
主要有下面几点：
1.相邻的存储电荷的悬浮门间会互相干扰，造成悬浮门里的电荷不稳定出现bit错误，MLC由于阀值相比SLC更接近，造成出错几率更大。
2.MLC读写性能降低，写入更是降低50%以上，因为需要确认充入电荷的量，这需要更精确的处理。
SLC只有0和1，也就是有和没有，而MLC会有00,01,10,114个状态，在充入电荷后还要去判断是哪个状态，自然就慢了。
3.因为上面说的，造成额外的读写压力，所以功耗明显增大。
4.因为额外的读写压力，造成闪存的写入耐久度和数据保存期受到影响。
eMLC和eSLC的耐久度提升是用牺牲了数据保存期和增加读写时间换来的。
（也就是性能会更差点）
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挑战1：
需要先擦除才能写入。
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2010-12-1308:
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当今的NANDFlash可以读/写一个page，但是必须以block大小擦除。
擦除操作就是让块中所有的bit变为1，从一个干净的“已擦除”状态的block重新开始。
当里面的页变为0后，只有擦除整个块才能让这个页变为1。
为了尽量减少擦除的次数，成熟的块管理技术必不可少。
挑战2：
读/写干扰。
NANDFlash的电荷非常不稳定，在读/写中很容易对邻近的单元造成干扰，干扰后会让附近单元的电荷脱离实际的逻辑数值，造成bit出错，因为阀值接近的关系，MLC相对SLC来说更容易受到干扰。
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读取干扰
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写入干扰
读取干扰指的是在读取某个page时，邻近的bit会受到升高电压的干扰，造成bit出错。
写入干扰指的是，某个page在写入时，邻近bit的电压也被升高了，造成bit出错。
相对写入干扰来说，读取干扰明显小的多。
在读/写干扰中，可能造成某些bit被改变，结果造成数据出错。
所以需要在返回数据给主机前，用ECC/EDC算法来纠正这些bit的错误。
随着闪存工艺的提升，同样大小的晶片上被封装入更多的单元，造成干扰越来越厉害，所以需要更强大的ECC/EDC来纠正bit。
挑战3：
数据保存期限
数据保存期指的是当完全断电后，数据能在NANDFlash里保存多久。
NAND单元必须保证一个稳定的电压水平，来保证数据是有效的。
典型的SLC一般为10年。
电荷从悬浮门里漏出，我们叫做电子迁移，当随着时间的流逝，电荷泄漏到一定程度，改变了NAND单元里悬浮门的电压对应的逻辑值，这样就造成bit出错。
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数据保存期会随着擦写次数的增加而明显降低，而且从上面的原理中看出，MLC的数据保存期明显会比SLC少。
（更容易被干扰）
挑战4：
坏块
NANDFlash里有2种坏块类型：
1，出厂坏块：
由于为了保证产量和控制成本,出厂的NANDFlash某些就会有坏块。
厂商保证SLC出厂坏块低于2%，MLC出厂坏块低于5%。
2，积累坏块：
在多次的写入/擦除循环中，某些NAND单元的电荷电压被永久性的改变了，那就意味着包含这个NAND单元不可用了。
所以固态硬盘需要有坏块管理才能使用，主控制器用坏块表来映射出厂坏块和积累坏块到坏块区内，出厂时，颗粒的第一个块Block0厂商会保证是可用的（至少ECC后可用）。
挑战5：
擦写次数限制
造成NANDFlash有擦写次数限制的主要有2个因素：
1，电荷被困在氧化层，不能进入悬浮门。
2，氧化层结构被破坏。
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2010-12-1309:
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如图，一旦氧化层损坏到达一定程度，造成电荷越来越难在P-substrate和悬浮门之间交流。
电荷被困在氧化层造成悬浮门中的电压到不了阀值，所以说这个NAND单元就要被放入坏块区了。
当前主流SLC的P/E为10万次，50nmMLC为1万次，3xnm的MLC为5000次。
到了这个数字并不意味着就不能用了，这个只是代表平均寿命，也就是说到了这个次数后，坏块就会开始大量增加了。
随着工艺提升，ECC的要求越来越高，50nm的SLC颗粒，三星规定1bitECC的就够了，而50nmMLC要4bitECC,到了3xnm要求达到24bitECC。
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附；
ECC
影响NANDFlash稳定性和耐久度的一个主要因素就是ECC能力，目前最常用的三种算法是：
1.Reed-Solomon。
2.Hamming。
3.BCH（Bose,Ray-Chaudhuri,Hocquenghem）
不管何种ECC算法，何种主控，检测错误的方式是相同的：
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1.每当一个page写入NANDFlash，数据会通过ECC引擎，创造独特的ECC签名。
2.数据和对应的ECC签名存都存放在NANDFlash里，数据放在数据区，ECC签名放在SA区。
3.当需要读取数据时，数据和ECC签名一起被送往主控制器，此时新的ECC签名被生成。
4.此时主控把2个签名对照，如果签名相同，说明数据没有错误，数据就会被送往主机。
如果签名不同，数据就会先放在主控里，而不是直接送往主机。
某些主控会把改正后的数据再次写回闪存，另一些则不会，因为谁也不知道下次读取会不会再出错。
ECC的能力直接关系到NANDFlash的耐久度，数据保存期。
当NANDFlash的P/E数到了之后，错误数会越来越多，ECC弱的直接就报坏块并标记退休，如果ECC能力足够强，就能挖掘出Flash所有潜力
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