NAND快閃儲存器 壽命問題終成桎梏

2021-09-23 03:10:17 字數 2366 閱讀 8540

在過去的三年中,諮詢公司以及一些業界機構一直都對nand快閃儲存器能否在一段時間內持續處理大量寫入操作持有懷疑態度,而這也就是我們一直所說的nand寫入的限制問題,而這些疑問最終則引起了人們對nand快閃儲存器技術可靠性、成本和耐用性等方面的疑問,尤其是nand快閃儲存器關乎著固態硬碟技術的發展。

「nand的寫入限制對於終端使用者並不是真正意義上的問題,」網路儲存行業協會(snia)主席、同時也是emc高管的wayne adams對此問題談到,「當你買一輛車的時候,最優化的選擇是買一輛燃油混合動力車,但是你並不了解所有的工程設計是如何進入汽車內並讓汽車行駛起來的。這與nand技術遇到的情形有些類似。工程演算法被用於增強nand效能,事實上,類似的技術也正在被用來優化採用硬碟驅動器的系統解決資料遷移時的侷限性,儲存介質中,總會有某些部分介質是無效的,我們的工程師正在解決這些限制。」

目前的現狀是,slc nand一般支援100000次寫入操作,而mlc nand快閃儲存器支援的寫入運算元大概只是前者的十分之一。

通過使用各種磨損平整將損耗均勻分布在nand裝置中的損耗均衡(wear-leveling)演算法,製造商在他們的產品設計解決方案中採用nand來解決寫入低效率的問題,將nand使用期限延長到和硬碟驅動器一樣的三至五年,it決策者們之所以會選擇它是因為其能夠滿足他們三至五年的資產折舊週期。

這種延長nand快閃儲存器生命的做法因廠商和應用的不同而不同,但是損耗均衡的總原則就是在以損耗最小的前提下,直接均衡的寫入nand塊中來確保nand裝置的均衡應用。

前不久美光公司展示了乙個nand裝置樣本,這個樣本總計有4064個塊,允許塊的損壞率在2.5%,每隔10分鐘就對三個占用50個塊的檔案進行更新,同時nand主機採用相同的200個物理塊進行更新。

如果沒有損耗均衡,那麼10000個週期×200個更新塊/每個檔案50個塊×每個小時6個檔案×24個小時大約等於278天,或者不到一年的nand裝置使用期限。

而應用了損耗均衡之後,10000個週期×4096個平均使用的塊/每個檔案50個塊×每個小時6個檔案×24個小時大約等於5689天,或者超過10年的nand裝置使用期限。

「這確實是nand快閃儲存器技術的乙個特點,我們需要損耗控制以提供最佳效能並延長壽命,」snia委員會主席、同時也是ibm高管的phil mills表示,「損耗均衡演算法是針對nand快閃儲存器的寫入/擦除週期問題所設計的,目的是讓nand快閃儲存器能夠在長壽方面等同於硬碟驅動器。」

mills認為,nand快閃儲存器技術在寫入特性方面碰到的侷限性問題與其他技術相比並不是固有的,「如果你需要硬碟的預期壽命的3~5年的話,那麼驅動器機械故障,通常是導致磁碟磁頭損壞的根源,因為往往磁頭會因與介質挨得太近而接觸到介質並損壞資料。」他表示,「這種型別的故障的發生往往難以**,而nand快閃儲存器,則是完全的電子器件和半導體產品。兩者的故障機制是不同型別的,你寫入越來越多的資料,進行寫入操作之後,nand快閃儲存器的故障率就會增加,寫入操作出現故障,這讓你必須在徹底失敗前必須採取行動。」

nand快閃儲存器研究最活躍的領域是在應用於企業級計算的mlc nand,其提供了更大的密度遠遠超過slc nand,雖然mlc nand今天正在被用於企業計算,但是其較低的寫入能力是阻礙其應用的原因之一。「從本質上說,slc nand是nand快閃儲存器技術的第一代產品,每個單元中只有乙個位。隨著技術的發展和快閃儲存器的解放運動,那麼mlc的乙個單元中有2個、3個甚至更多個位。可靠性方面的問題是,一旦密度提高,每個位的寫入次數就會縮減。因此,現在我們要做的就是,找出一種利用mlc獲得企業級可靠性、同時還要有降低成本的方法。」

更高的效能和更低的配置成本(如大量的傳統磁碟可以用少量的固態硬碟來代替)是推動nand快閃儲存器和固態硬碟發展的兩大優勢,nand快閃儲存器的製造商們的近期目標就是讓他們的固態硬碟或是nand快閃儲存器在壽命方面等同於傳統磁碟驅動器,這時就是用了損耗均衡演算法,這些演算法讓nand快閃儲存器和ssd的使用期限延長到3~5年,使上面所說的寫入侷限性不再是乙個難題,但可惜的是對解決mlc寫入限制的探索仍在繼續。

「隨著這些技術的在市場上被應用,他們每乙個都會找到屬於自己的價效比的關鍵點以及在市場競爭中所扮演的角色。我們可能我們可能會看到這些技術被整合到企業級生命週期管理系統中,這種系統由那些效能與ssd和硬碟接近的分層儲存構成。」

許多大型科技廠商正在投入大量資源來開發更好和更便宜的nand快閃儲存器技術,他們預計市場將持續增長。主要參與者包括美光、英特爾、三星、意法半導體、sandisk以及東芝等廠商。市場調研公司gartner最初預計今年整個nand市場將增長30%,但是由於市場疲軟和供過於求等原因,gartner已經宣布把這個預期降低至原來的一半。另據分析師預計,整個nand消費市場和企業級市場的總收入在500~600億美元之間,而且因為持續下滑的消費水平和需求,這一水平將會持續保留到2023年。

技術**商們也在研究一些其他的技術,以延長其產品的使用引數,美光科技本週披露,其與sun微系統公司合作開發基於slc的企業級nand技術,實現了100萬個寫入週期,其寫入/擦除週期高於目前市場中任何一種nand技術,不過目前兩家廠商還沒有公布這些技術的細節。

NOR型快閃儲存器與NAND型快閃儲存器的區別

分類 1 快閃儲存器晶元讀寫的基本單位不同 應用程式對nor晶元操作以 字 為基本單位。為了方便對大容量nor快閃儲存器的管理,通常將nor快閃儲存器分成大小為128kb或者64kb的邏輯塊,有時候塊內還分成扇區。讀寫時需要同時指定邏輯塊號和塊內偏移。應用程式對nand晶元操作是以 塊 為基本單位。...

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NOR與NAND快閃儲存器比較

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