閃存磨損均衡技術(shù)分析

摘 要：閃存存儲(chǔ)器（Flash Memory）簡(jiǎn)稱(chēng)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(xiě)入是基于先擦除后寫(xiě)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(guò)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(zhuān)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(lái)，Intel發(fā)明的這類(lèi)閃存被統(tǒng)稱(chēng)為NOR型閃存。第二種閃存稱(chēng)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(lái)存儲(chǔ)資料，我們常用的閃存產(chǎn)品，如u盤(pán)、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(guò)度，也就是說(shuō)，避免每塊的擦除次數(shù)過(guò)多而變成壞區(qū)塊而無(wú)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(zhuān)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(zhuān)利申請(qǐng)為基礎(chǔ)提交了幾篇系列申請(qǐng)，接著又開(kāi)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(kāi)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(guò)采取在在閃存存儲(chǔ)器剛剛寫(xiě)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(guò)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(lèi)，分為最頻繁擦除區(qū)塊表和最不頻繁擦除區(qū)塊表，訪問(wèn)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(zhuān)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(kāi)號(hào)為US2006106972A1的專(zhuān)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(méi)有中斷，從各個(gè)方面進(jìn)行了嘗試，說(shuō)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(guò)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(zhuān)利申請(qǐng)。

2005年11月29日，提交了公開(kāi)號(hào)為US2006203546A1的專(zhuān)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(kāi)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(guò)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(kāi)號(hào)為US2009198869A1的專(zhuān)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(guò)原先記載的各個(gè)數(shù)據(jù)塊的擦除值通過(guò)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(kāi)號(hào)為US2013159600 A1的專(zhuān)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(guò)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(lái)減少數(shù)據(jù)塊的擦除。

2012年11月15日，提交公開(kāi)號(hào)為WO2013095819 A1的專(zhuān)利申請(qǐng)，通過(guò)寫(xiě)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(guò)分析可知，閃存的飛速發(fā)展，未來(lái)有一天應(yīng)該會(huì)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的硬盤(pán)。而生命周期的問(wèn)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(pán)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(zhuān)利審查。endprint