Multi-bank闪存文件系统的一种I/O调度机制

闪存以其体积小、抗震性强、能耗低、读取速度快等特点,被广泛应用于存储系统中。NOOP是闪存上传统的调度方法,但是NOOP的I/O性能较低,不能满足很多应用程序的要求。根据闪存读取速度快、多个banks(chips)可以并行运行等特点,提出了一种基于闪存文件系统YAFFS的Multi-bank闪存调度方法(简称MBS)。MBS并行地执行请求,且给予读请求更高的优先级。MBS根据AVL-based-tree机制识别出的写请求属性动态地将其分配到合适的bank中。实验结果表明,相比NOOP,MBS调度具有更高的I/O吞吐率、更短的请求响应时间并具有均匀的bank擦除次数和利用率。

3D NAND闪存中氟攻击问题引起的字线漏电的改进

随着3D NAND闪存向更高层数堆叠,后栅工艺下,金属钨(W)栅字线(WL)层填充工艺面临的挑战进一步增大.由于填充路径增长,钨栅在沉积过程中易产生空洞,造成含氟(F)副产物的聚集,引起氟攻击问题.具体表现为,在后续高温制程的激发下,含氟副产物向周围结构扩散,侵蚀其周边氧化物层,导致字线漏电,影响器件的良率及可靠性.本文首先分析了在3D NAND闪存中氟攻击的微观原理,并提出了通过低压退火改善氟攻击问题的方法.接下来对平面薄膜叠层与三维填充结构进行常压与低压下的退火实验,并使用多种方法对残留氟元素的浓度与分布进行表征.实验结果表明,适当条件下的低压退火,使得钨栅中的残余氟有效地被排出,可以有效降低字线的漏电指数,提高3D NAND闪存的质量.

面向高密度闪存的内存页大小探索

近年来,固态硬盘SSD向高带宽、大容量的方向飞速发展。为了扩大SSD的容量,闪存页面从4 KB增长到了16 KB。然而,操作系统依然以4 KB内存页为粒度向SSD下发读写请求,导致应用难以充分利用SSD的高带宽。增加内存页面的大小,以使操作系统下发的I/O请求和SSD读写闪存的粒度统一是可能可行的解决方案。将首次深入探索内存页大小对系统I/O性能与SSD寿命的影响。具体来说,将内存页大小设置为16 KB,运行测试程序并将实验结果与4 KB内存页进行比较。得出以下结论:(1)16 KB内存页具有更好的读性能;(2)应用的写粒度决定了16 KB内存页的性能;(3)16 KB内存页放大了页内无效数据对SSD寿命的影响。

基于自适应块分配策略的NAND闪存垃圾回收算法

在NAND闪存垃圾回收算法中,冷热分离可以提高垃圾回收效率。但是,现有算法将数据分为固定数量的类,没有考虑数据写入过程中热度的聚类变化。为了解决这一问题,对基于自适应块分配策略的垃圾回收算法进行研究。通过监督受害块的有效页比例和分配块的写入频率来调节块分配池大小,避免数据热度分类不准确带来的块闲置问题,实现更高效的冷热分离。实验结果表明,该算法在降低垃圾回收开销以及提高磨损均衡程度上均有所提升。

3D NAND闪存中TiN与氧化表面F吸附作用的第一性原理研究

随着3D NAND技术的发展,存储阵列工艺的堆叠层数越来越高,后栅工艺中金属钨(W)栅字线(WL)层填充的工艺也面临越来越严峻的挑战.钨栅沉积工艺中的主要挑战在于氟攻击问题,钨栅填充时产生的空洞导致了含氟(F)副产物的积聚,并在后续高温制程的激发下,扩散侵蚀其周边氧化物层,致使字线漏电,严重影响器件的良率及可靠性.为改善氟攻击问题,通常在钨栅沉积之前再沉积一层薄的氮化钛作为阻挡层.然而在对栅极叠层组分分析中发现,F元素聚集在TiN薄膜表面,并且难以通过退火排出.本文采用第一性原理计算,研究了TiN薄膜表面吸附含F物种的情况,提出TiN的表面氧化能加剧对含F物种的吸附作用,仿真结果指导了栅极工艺过程的优化方向.基于第一性原理计算结果,提出氨气吹扫表面处理方法,有效改善了3D NAND中的氟攻击问题,将字线漏电率降低25%,晶圆翘曲度降低43%.

高性能1TB闪存盘实战体验

随着NAND闪存生产工艺的进步,生产成本的大幅降价,除了SSD,其他基于NAND闪存的存储设备容量也得到大幅提升,例如这款金士顿DataTraveler Max闪存盘,其最低容量的产品就有256GB,最高容量版本则高达1TB,可与目前的主流SSD媲美。更值得一提的是,这款闪存盘的标称顺序读写速度分别为1000MB/s、900MB/s,在性能上也能同很多主流SSD匹敌。那么在实际使用中,金士顿DataTraveler Max闪存盘到底能带给我们怎样的体验呢?

三维闪存封装基板球焊表面处理技术应用探讨

封装基板是三维闪存封装的重要原材料之一,其与外部电路连接的焊接区域所用表面处理工艺对封装体与主板连接的可靠性以及封装成本都有重要影响。目前常用表面处理工艺中,OSP工艺具有制作成本低、焊盘表面平整度高、加工时的能源消耗少等优点,在对封装成本比较敏感的三维闪存产品上得到广泛的应用。随着OSP可焊性和耐高温性能的显著提高,未来OSP在三维闪存封装基板上的应用将更加广泛,技术也将更加成熟。本文通过对基板表面处理工艺及三维闪存封装特点的综合分析,探讨适合三维闪存封装基板球焊表面处理工艺,展望相应表面处理工艺的发展。

先进封装技术在三维闪存产品中的应用探讨

在存储技术发展过程中,三维闪存存储器以其单位面积内存储容量大、改写速度快等优点,正逐步取代机械硬盘成为大数据存储领域中的主角。但是目前市面上的Nand Flash产品封装还是多以传统金属线键合技术为主,这类传统方案会在一些特殊应用和需求下存在较难进一步降低封装体的尺寸、传输速度受限等问题。为了应对产品尺寸持续向小、速度和带宽需求持续增大的趋势,三维闪存封装也需要更多的形式,可以结合当前涌现出的多种先进封装形式寻找新的解决方案。本文通过分析SiP、Fan-out、3D和Chiplet等先进封装形式,探讨在三维闪存封装中的可能应用方案,利用重新布线层(RDL)代替基板、TSV,Bumping代替金线的连接等技术,有效缩小封装体面积同时,提升产品的运行速度,增强数据处理能力。

PCIe 5.0 SSD全面登台、PLC闪存将面世 中国闪存市场峰会亮点一览

存储作为全球第一大半导体芯片领域,2022年全球存储市场规模达到1392亿美元,对电子产业发展影响巨大。随着AI、云计算、物联网、智能汽车、大数据等市场的蓬勃发展,2022年全球NAND闪存容量增长6%至610EB,全球DRAM内存容量将增长2%至190Eb。显然,存储依然是一个值得投入、前景可待、未来可期的行业。为了共同探讨行业发展趋势,为用户提供更加先进的存储科技与产品,今年的中国闪存市场峰会CFMS2023特别汇聚全球存储产业链及终端应用企业,于2023年3月23日在深圳宝安前海·JW万豪酒店隆重举行,接下来就让我们一起来看看在本次峰会上有哪些值得关注的亮点。

增长、PCIe 5.0、QLC、61.44 TB--四大关键词解读2023企业级存储亮点

增长,尽管2023年NAND闪存的价格在年中曾出现大幅下跌,但对存储厂商来说并不意味着一定是糟糕的一年。尤其是企业级SSD领域,从2023年下半年开始,得益于大量服务器订单的涌入,反而导致企业级SSD供应吃紧,价格上涨、企业级SSD营收明显增长。

运用NAND闪存的负延时存储测试系统

非易失性存储器应用在存储测试中具有存储容量大,掉电后数据不丢失的优点。在存储测试系统中,为了能完整地记录测试信号,在电路中使用负延时来记录电路触发点以前的数据。负延时功能在触发信号为被测信号的幅值达到触发阈值触发电路时,显得更加重要。本文介绍了使用单片机结合CPLD控制两片NAND结构闪存实现高速存储,并实现负延时功能。本装置实现了小体积,微功耗,高过载。

基于NAND型闪存的嵌入式文件系统设计

由于具有高密度和良好的存取速率等特点,NAND型闪存在嵌入式系统领域中被广泛应用,但其所固有的擦除-写入更新机制以及高坏块率等特性却又成为其在应用中的障碍。提出了一种基于NAND型闪存的日志结构嵌入式文件系统,用于充分利用NAND型闪存的优势并克服其缺陷。文件系统在嵌入式Linux操作系统中予以实现,并进行了性能测试。

基于闪存的引信电池大容量存储测试方法

针对现有引信电池存储测试采样频率低、存储容量小,不能满足引信电池放电测试时长时间记录的问题,提出了一种引信电池大容量存储测试方法。通过采用CPLD产生高频采样信号;采用大容量闪存存储数据,使用单片机控制两片闪存交替工作的模式来满足高速数据采样,并将存储容量扩大至1 024 MB。存储模块中设计了负延迟,完整地记录各工况下引信电池的输出。实验测试表明:大容量存储测试方法可将采样频率提高到1 MHz,记录时间延长到270 s。

NAND型闪存大容量图像存储器无效块管理

针对NAND型闪存大容量图像存储器存在无效块的问题,提出了一种无效块快速检测与管理算法.在分析闪存写入无效块和非写入无效块的基础上,采用基于CAM的无效块信息分类匹配检测机制.闪存在擦除、写入和读取操作过程中采用CAM和SRAM匹配检测无效块,并存储新增长无效块.另外高速图像写入闪存过程中,提出了基于SRAM数据备份的方法,防止图像数据存储错误.通过搭建基于FPGA的闪存图像存储器硬件平台,实验证明该算法能够在5个系统时钟周期内匹配无效块,能够在3个系统时钟周期内存储新增无效块,能够匹配连续无效块信息,并实现数据备份.

一种基于NAND闪存的嵌入式Linux文件系统

本文分析了NAND闪存的独特属性和它对嵌入式Linux文件系统提出的新要求 ,在此基础上提出了一个基于NAND闪存的嵌入式Linux文件系统。

基于二维汉明码结构的闪存纠错存储系统

针对闪存存储单元会出现多位错误,提出了NAND型闪存存储器的二维汉明码算法,从行和列二维结构上对任意2Jbit字长的存储数据,用统一的公式化算法进行汉明编码,通过计算纠错偶对能够纠错多位数据误码的情况,译码时先纠错,再校验,保证存储系统数据的完整性,解决了MLC结构闪存的纠错问题.在此基础上分析了不能纠错的图样模式.该算法核心结构上只有异或操作,易于实现,适用于NAND型闪存存储器.实验表明,闪存系统中有效数据二维结构为1 024×128时,采用二维汉明码结构,编码效率为11%,实际编码效率为12.6%.其编码速度和译码速度均达到了102Gbps,适用于高速存储系统.

基于CAM的闪存无效块管理算法

针对NAND型闪存无效块结构,提出基于CAM的闪存无效块分类匹配算法。针对闪存擦除、写入和读取操作过程中无效块管理给出相应策略。在数据写入闪存过程中,采用片外SRAM数据备份的方法防止数据存储错误。通过搭建FPGA实验平台,证明该算法能发现新增长的无效块,实现连续无效块快速匹配,并对数据进行冗余备份。

闪存存储的重构与系统构建技术

近些年来,闪存存储在嵌入式、桌面机、服务器及数据中心领域中均得到了快速而广泛的应用.如何高效发挥闪存效率是近来存储系统研究中的一个重要的问题.传统存储系统以磁盘为基础的设计维系了60余年,基于现有存储系统的优化对闪存优势的发挥效果甚微.因而,重构闪存存储成为近年来的研究热点.对该研究方向的研究现状与进展进行介绍.首先,介绍了闪存与固态盘的特性,并分析了当前闪存存储结构的问题;然后,介绍了闪存存储架构从设备内FTL、主机端FTL、软件直管闪存以及开放可编程闪存的演进;接着,从软件直管闪存的软件定义和硬件卸载2个方面,分别介绍基于开放通道SSD的存储系统和基于近数据处理的闪存存储系统;最后总结了闪存存储重构和系统构建技术的挑战与下一步研究的问题.

一种闪存文件系统的数据恢复机制

基于面向大容量NAND闪存的嵌入式文件系统CFFS,结合其对芯片上数据的索引方式,在CFFS中引入引用节点和页位图等数据结构和相应算法,提出一种数据恢复机制。该机制在数据遭到破坏时将闪存文件系统恢复到一个一致的历史状态,保证芯片上数据的一致性和可用性。

Dual-FTL:一种基于MLC/SLC双模闪存芯片的闪存转换层

为了解决多级单元(MLC)闪存相对于单级单元(SLC)闪存写入性能低和擦除寿命短的问题,提出了一种基于MLC/SLC双模闪存存储芯片的闪存转换层Dual-FTL.利用MLC/SLC双模闪存芯片的双烧写模式,Dual-FTL将闪存空间分为容纳热数据的小容量SLC区域和容纳冷数据的大容量MLC区域.同时,Dual-FTL提出了识别数据冷热度的方法,并可以根据负载变化动态调整策略参数.实验结果表明,Dual-FTL可以让MLC/SLC双模闪存在一半的比特成本下提供和SLC闪存相似的性能和使用寿命.