NAND administrat: Alternativa pentru NOR Flash

25 NOIEMBRIE 2008

Arhitectura NAND
Memoriile NAND sunt împărţite în pagini şi blocuri. Dimensiunile paginilor variază între 512 B şi 4 KB pentru componentele memoriilor flash mai mari. Mai multe pagini sunt grupate într-un bloc. Dimensiunea blocului memoriilor de mici dimensiuni este de 16 Kb şi de 512 Kb pentru memorii cu densitate mai mare.
O pagină reprezintă cea mai mică unitate programabilă. Ştergerile pot fi făcute numai în blocuri. Ciclurile de programare şi ştergere sunt specificate la 100,000 cicluri în tehnologia SLC (celulă cu nivel unic) şi până la 10,000 cicluri cu tehnologia MLC (celulă multi-nivel). După aceste cicluri programarea celulei poate continua. Cu toate acestea, în acest punct RBER (rata de eroare de bit neprelucrată) va creşte uşor.
Fiecărei pagini îi este atribuită o extensie, cunoscută ca pagină de rezervă. Aici este locul unde producătorul memorează markerii de bloc eronat. Aceştia sunt prezenţi la livrarea memoriei şi driver-ul software trebuie să îi ia în considerare ulterior.

Moduri de avarie ale tehnologiei NAND
Tehnologia NAND este inferioară tehnologiei NOR din cauza mai multor efecte de avarie. În tehnologia NAND aceste efecte pot fi catalogate în următoarele două tipuri de eroare:
Eroare de stare a blocului: nu se poate face o procedură de scriere sau citire pe un anumit bloc.
Rata de eroare de biţi: Erorile de biţi pot fi remediate utilizând corecţia erorii codului corespunzătoare (ECC). Această corecţie nu cauzează pierderi de date sau erori de stare.
Ratele de eroare pot fi diferenţiate în două tipuri: RBER (rata de eroare de bit neprelucrată), care descrie erorile înainte ca remedierea erorii să aibă loc, şi UBER (rată de eroare de bit incorigibilă) care constituie rata de eroare rămasă după procedura de corectare. Este posibilă calcularea UBER utilizând valoarea măsurată a RBER şi un nivel specific de corectare a erorilor. Cu cât este mai mare rata de corectare a erorilor, cu atât este mai mic UBER. Acest lucru face posibilă obţinerea unor rate de eroare de la 1.0E-19 la 1.0E-15 UBER, făcând memoriile NAND la fel de fiabile ca memoriile NOR.

Mecanismul de avarie NAND
De ce este tehnologia NAND mai predispusă erorilor? Există mai multe cauze. Toate mecanismele de eroare indicate mai jos pot avea drept rezultat avarii şi deci erori de biţi sau de bloc.
Perturbări la programare: Pentru a programa o pagină, este aplicată o tensiune de 20V. Electronii se deplasează în poarta flotantă. Acest lucru poate face ca la celulele învecinate porţii flotante (celule tensionate) să se acumuleze o sarcină . Astfel celula poate părea insuficient programată.
Paginile care sunt numai parţial programate sporesc posibilitatea unei avarii.
Celulele tensionate nu sunt deteriorate în acest fel. O procedură de ştergere resetează celula într-o stare fără-avarii.
ECC (corecţia erorii codului) poate fi astfel utilizat pentru a corecta astfel de erori de biţi.
Perturbare la citire: O celulă NAND este citită prin măsurarea sarcinii la poarta flotantă. La fiecare procedură de citire o parte foarte mică din sarcină este pierdută, şi la o anumită valoare va părea ca fiind insuficient programată. Datele trebuie să fie apoi corectate prin ECC şi apoi re-salvate.
Ca regulă generală, numărul maxim de proceduri de citire până la următoarea procedură de ştergere în cadrul unui bloc este de 1 milion de cicluri pentru SLC, şi 100K cicluri pentru MLC. După procedura de ştergere, contorul de Perturbaţii la Citire este resetat la 0.
Dacă numărul maxim de cicluri de citire este depăşit, conţinutul trebuie să fie transferat în alt bloc, iar conţinutul anterior va fi marcat ca invalid.
Retenţie de date: În timp se produce o pierdere de sarcină la poarta flotantă iar acest lucru cauzează scăderea valorii limită a tensiunii către inactivă. Celulele nu sunt deteriorate şi pot fi şterse în siguranţă şi re-scrise.
Procedurile de reprogramare, ştergere şi citire afectează perioada de retenţie a datelor. Cu blocurile necesitând o retenţie mai îndelungată a datelor, este preferabilă restricţionarea numărului de cicluri de programare şi ştergere cât şi a procedurilor de citire. Acest lucru va evita perturbările la citire.
Anduranţa: Ciclurile de scriere şi de ştergere cauzează degradarea oxidului tunelului.
Părţi din sarcină pot fi reţinute în dielectric, cauzând astfel o eroare în cadrul unei proceduri de scriere sau ştergere.
Pentru a spori anduranţa celulei, starea trebuie să fie verificată întotdeauna. Operaţiunile de scriere sau ştergere au loc fără erori? Dacă o operaţiune de scriere eşuează, datele trebuie să fie transferate din acel bloc în altul, blocul respectiv trebuie să fie marcat ca fiind bloc eronat şi nu trebuie să mai fie utilizat.
Corecţia erorii codului corectează orice eroare care apare. Mai mult, meta-datele de administrare a blocului trebuie să fie copiate într-o zonă adiacentă cu ECC. De asemenea, dacă toate blocurile valide sunt scrise uniform (un proces cunoscut drept uniformizare a uzurii), celulele vor rezista pentru o perioadă mai îndelungată de timp.

Spaţiu, timp şi cost: Salvări triple cu NAND administrat
Administrarea blocului şi corectarea erorii codului sunt specifice producătorilor şi tehnologiei.
Modificările aduse blocului sau dimensiunii paginii şi adăugarea unor noi funcţii înseamnă cheltuieli enorme pentru utilizatori.
Atunci când tehnologia se modifică spre structuri mai mici, RBER (rata de eroare de bit neprelucrată) se modifică, ceea ce înseamnă că diagramele ECC şi algoritmii de uniformizare a uzurii trebuie să fie recalculaţi. FTL (stratul de translaţie al memoriei flash) trebuie să fie adaptat noilor dimensiuni ale paginilor şi blocurilor. O modificare de această natură a tehnologiei înseamnă de obicei cicluri de nouă până la cincisprezece luni pentru producători.
NAND administrat (e-MMC) de la Micron Technology facilitează semnificativ această operaţiune. Cu controller-ul său integrat MMC acesta preia funcţiile administrării blocului eronat, ECC şi uniformizării uzurii. Cu interfaţa sa MMC, NAND administrat devine o memorie NAND standard, similară cu un card de memorie, dar în forma unei componente discrete.
Deoarece modificările tehnologice se efectuează în spatele controller-ului MMC, acestea nu mai sunt vizibile pentru gazdă. Acest lucru conferă numeroase avantaje: utilizarea tehnologiei MLC facilitează o fază de dezvoltare mai directă şi mai scurtă şi un avantaj de preţ clar în comparaţie cu memoria flash NOR sau SLC-NAND.
NAND administrat este utilizat în principal în aplicaţii cum ar fi sistemele de navigaţie, receivere, echipamente de telefonie hands-free şi aplicaţii multi-media, deoarece în cadrul acestora avantajele tehnologiei au cele mai mari efecte.
Dimensiunile mari de memorie fac ca NAND administrat să fie atractiv de asemenea pentru aplicaţii computerizate integrate sau ca înlocuitor pentru cardurile de memorie. Dacă mediul nu trebuie să fie înlocuit, există potenţial pentru economisirea spaţiului şi a costurilor, deoarece un slot de card poate fi astfel eliminat.
NAND administrat este disponibil în dimensiuni de la 2 GB la 32 GB ca şi componentă BGA şi, în funcţie de configuraţie, furnizează rate de date de până la 52 MB.

Andreas Krizan – Director de Vânzări Produse, Rutronik
www.rutronik.com

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată. Câmpurile necesare sunt marcate *

  • Folosim datele dumneavoastră cu caracter personal NUMAI pentru a răspunde comentariilor/solicitărilor dumneavoastră.
  • Pentru a primi raspunsuri adecvate solicitărilor dumneavoastră, este posibil să transferăm adresa de email și numele dumneavoastră către autorul articolului.
  • Pentru mai multe informații privind politica noastră de confidențialitate și de prelucrare a datelor cu caracter personal, accesați link-ul Politica de prelucrare a datelor (GDPR) si Cookie-uri.
  • Dacă aveți întrebări sau nelămuriri cu privire la modul în care noi prelucrăm datele dumneavoastră cu caracter personal, puteți contacta responsabilul nostru cu protecția datelor la adresa de email: gdpr@esp2000.ro
  • Abonați-vă la newsletter-ul revistei noastre