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探訪SSD資料歸屬地之NAND閃存

SSD主要主要有三大部分組成:與Host對接的界面(Host interface), 閃存轉換層FTL以及閃存對接界面(Flash interface)。

再把SSD主要的架構圖請上來展示一下:

探訪SSD資料歸屬地之NAND閃存

先插播個預告哈,下一篇文章分享主要的核心部分閃存轉換層FTL。

由于閃存轉換層FTL是NAND閃存總管,負責NAND閃存的衣食住行,是以請出大總管之前,先來欣賞一下NAND閃存的内在氣質。

目前主流NAND閃存都是采用浮栅技術(Floating Gate, 簡稱FG)。

學過數電,模電,半導體實體的你,是否還記得大明湖畔的MOS管嗎?NAND閃存的基本單元就是多出一個浮栅的MOS管。

也許還有與MOS管素未謀面的你,沒關系,你隻要了解NAND閃存的浮栅FG就是存放我們寫入的資料就足夠了。

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浮栅FG類似于一個“陷阱”,電子在控制栅(Controll Gate,簡稱CG)的召喚下從溝道歡快地奔向控制栅CG,不幸的是,半道殺出個程咬金-浮栅FG,電子就這樣被困在浮栅了。

NAND閃存利用這個有點“殘忍”的手段實作了上司-主要交給的任務-【資料寫入】。

NAND閃存性本善,電子被困浮栅FG之後, 輸送給基闆(Subsrtate)20V左右的能量,讓基闆奮不顧身的把電子都浮栅中解救出來。

NAND閃存通過把電子從浮栅FG解救出來的過程也實作了上司-主要交給的另一個任務-【資料擦除】。

其實上面看到的浮栅FG結構隻是NAND閃存中的最小單元(Cell),成千上萬個這樣的單元(Cell)組成的陣列(Array)是才是NAND閃存的真正模樣。

了解NAND閃存陣列之前,先NAND閃存陣列的兩個坐标軸:字線(Word Line,簡稱WL),位線(Bit Line, 簡稱BL)。

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WL方向,連接配接着控制栅CG,

BL方向,連接配接着MOS管的漏(Drain),

明白WL和BL的含義之後,讓我們檢閱一下NAND閃存中Cell方陣-Array。

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1. Cell沿着BL方向手拉手,排排站,構成了一個串(String),

上圖中左邊有一個String,由64個Cell組成,

2. 共享一組WLs的所有String稱為是一個塊(Block)。

上圖中右邊有兩個Block,Block0由WL Group 0<63:0>組成,Block1由WL Group 2<63:0>組成,

3. 共享一根WL的Cell稱為是一個頁(Page)。

上圖中右邊有兩個Page, Page0是由WL0與偶數BL交叉的Cell構成,Page1是由WL0與奇數BL交叉的Cell構成,

面對龐大的Cell陣營,管理起來實在傷腦筋,于是NAND閃存引入了邏輯頁(Logical page)的管理概念。

有了邏輯頁的概念,就需要把單純的cell根據存儲級别劃分為SLC/MLC/TLC,

SLC Cell存儲1個bit,SLC很單純,很靠譜,很少犯錯,是以SLC Page又被稱為Strong Page;

MLC Cell存儲2個bit,MLC包含有Lower page和Upper page;

TLC Cell存儲3個bit, TLC包含有Lower page, Middle page和Upper page;

本文很簡單的描述了一些NAND閃存相關的概念,後續會針對NAND閃存的讀,寫,擦除作詳細介紹,敬請期待!

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