ЖУРНАЛ «СТА» №4/2007

Случайно распределённые дефектные блоки Из соображений эффективности производства MLC NANDнакопите- ли сознательно поставляются с 5% слу- чайно распределённых дефектных бло- ков. В дополнение к «начальным» де- фектным блокам, которые появляются при производстве, нормальный износ при стирании и записи вызывает появ- ление новых недоступных блоков. В силу этого работа с NANDустройства- ми требует начального сканирования накопителя на наличие дефектных блоков и маркирования, чтобы гаран- тировать отсутствие доступа к ним. Не- выполнение данных требований или выполнение без обеспечения надлежа- щей степени надёжности результатов может с высокой вероятностью при- вести к отказам конечного устройства и даже к его полному выходу из строя. Ограниченный ресурс Отдельные ячейки на всех устройст- вах флэшпамяти любой технологии имеют ограниченное число циклов за- писи/стирания, которое они могут вы- держать до того, как вероятность ошибки возрастёт до неприемлемого уровня. Потенциально возможное чис- ло циклов записи/стирания зависит от специфики применённой технологии. В области памяти, которая близка к своему лимиту, проявляются отдель- ные ошибки записи, которые стано- вятся более частыми и более значимы- ми. В конечном итоге сектор становит- ся недоступным. Без технологии управления, такой как TrueFFS, всё больше и больше секторов будут стано- виться недоступными. Ёмкость памяти постепенно уменьшается, в данных могут появляться случайные ошибки, коды приложений и ОС могут начать быстро искажаться, увеличивается ве- роятность полного повреждения при- ложения. Особо следует отметить тот факт, что практически любая система имеет не- сколько относительно небольших, но очень важных для обеспечения её функционирования файлов, которые постоянно обновляются. Если эти файлы записываются и стираются в од- ном и том же месте памяти, то для со- ответствующей локальной группы яче- ек может быть достаточно быстро до- стигнут предел числа циклов запи- си/стирания, после чего реальной ста- новится опасность недопустимого ис- кажения данных в этих файлах. Естественно, что ошибкам, связан- ным с ограниченным ресурсом циклов записи/стирания, в гораздо большей степени подвержены устройства флэшпамяти с плотностью 2 (MLC) и 4 бита на ячейку, чем с плотностью 1 бит на ячейку (SLC). Ограничения MLC и 4-битовой технологии флэш-памяти Увеличение плотности битов в ячей- ке NANDпамяти уменьшает её стои- мость и размер, но при этом усиливает влияние типичных ограничений флэшпамяти, потенциально умень- шая надёжность, производительность, срок службы и в перспективе усложняя проблемы интеграции. Технология одноуровневой ячейки (SLC) предполагает хранение одного бита данных в ячейке и использование двух уровней напряжения, технология многоуровневой ячейки (MLC) – двух битов данных в ячейке при четырёх уровнях напряжения, а 4битовая тех- нология – соответственно четырёх би- тов данных в ячейке при шестнадцати уровнях напряжения (рис. 2). Хотя 4битовая технология представ- ляется на сегодняшний день наиболее передовой и выгодной NANDтехноло- гией, именно с ней связаны наиболь- шие сложности. Расстояние между со- седними уровнями напряжения в мно- гоуровневых (2битовых и 4битовых) ячейках меньше, чем в одноуровневых, что влияет на надёжность сохранения данных. Распознавание уровней напря- жения в таких ячейках по сравнению с SLCячейками является более сложной и требующей большей точности зада- чей, сопряжённой с более высокой ве- роятностью ошибок чтения и записи. Кроме того, флэшпамять с плотно- стью 4 бита на ячейку более чувстви- тельна к воздействию токов утечки и влиянию паразитной ёмкости, которые могут непредсказуемо действовать на уровни напряжения в ячейках, негатив- но сказываясь на надёжности, произво- дительности и энергопотреблении. Пе- реход к 60нанометровой технологии ещё больше обострил проблемы надёжности, сделав процесс производ- ства флэшпамяти более трудным для моделирования и более тяжёлым в реа- лизации. Изза увеличенной сложности управления в многоуровневой NANDпамяти такие основные опера- ции, как чтение страницы из буфера, запись в буфер, удаление, требуют больше времени, чем в одноуровневой памяти, что в конечном счёте вынуж- дает искать компромисс между произ- водительностью и надёжностью. В этих условиях трудно переоценить значение современных технологий управления флэшпамятью, прежде всего TrueFFS, которая может обеспечить надёжность доступа к данным без уменьшения производительности системы. И СПОЛЬЗОВАНИЕ T RUE FFS ДЛЯ ПРЕОДОЛЕНИЯ ОГРАНИЧЕНИЙ ФЛЭШ - ПАМЯТИ TrueFFS использует механизмы, ко- торые устраняют ограничения флэшпамяти, как те, которые прояви- лись ещё в технологии SLC, так и те, которые в значительно более масштаб- ной форме характерны для NANDпа- мяти с многоуровневой ячейкой. Далее представлено краткое описание этих механизмов. Виртуальное динамическое распределение Флэшпамять организуется в физи- ческих блоках (также называемых сти- раемыми модулями), которые делятся на физические секторы (наименьшая область памяти в блоке чтения/запи- си). Стандартные файловые системные вызовы, определяющие количество секторов и цилиндров HDD, не могут АППА РАТ НЫ Е С Р Е Д С Т В А / ФЛ ЭШ - ПАМЯ Т Ь 69 СТА 4/2007 www.cta.ru 4 бита на ячейку 16 уровней напряжения 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 2 4 бита на ячейку уровня напряжения 0 1 2 3 0 1 1 2 бит на ячейку уровня напряжения Уровни напряжения Рис. 2. Диаграммы уровней напряжения, характерных для SLC, MLC и для 4-битовой технологии