如何为系统选择合适的NAND FLASH

在设计使用NAND FLASH的系统时选择适当的特性平衡非常重要。闪存控制器还必须足够灵活以进行适当的权衡。选择正确的闪存控制器对于确保闪存满足产品要求至关重要。
 
NAND FLASH是一种大众化的非易失性存储器，主要是因为小型，低功耗且坚固耐用。尽管此技术适合现代存储，但在将其列入较大系统的一部分时，需要考虑许多重要特性。这些特性适用于所有类型的存储，包括耐用性和密度以及性能，每千兆字节价格，错误概率和数据保留。
 
闪存概述
闪存单元由修改的场效应晶体管（FET）组成，在控制栅极和通道之间的绝缘层中具有额外的“浮置”栅极。通过施加高压将电荷注入到浮栅上（或从浮栅上去除）。这会改变打开晶体管所需的栅极电压，该电压代表存储在单元中的值。这些单元的阵列构成一个块，整个存储器由多个块组成。
 
由于浮栅完全被绝缘层包围，因此即使断电，也会保留存储的数据。

NAND FLASH单元图（在HyperstoneYoutube频道上有详细说明）

闪存阵列的简化图。黄色框突出显示die，浅灰色为plane，深蓝色为块，浅蓝色框则为page。该图仅用于可视化层次结构，而不能按比例绘制。（HyperstoneYoutube频道有更加详细说明）
 
NAND FLASH的关键挑战是管理使用可用页面写入数据的方式。在将新数据写入页面之前，必须先擦除该页面。但是，只能擦除包含许多页面而不是单个页面的整个块。此过程很复杂，由单独的设备（称为闪存控制器）进行管理。控制器需要做大量工作才能最有效地利用闪存：管理数据的存储位置和块的重复使用方式。
 
闪存编程和耐久性
每次对单元进行编程和擦除时，浮栅下的绝缘层都会受到轻微损坏，从而影响存储单元的可靠性。每个单元具备有限的保证编程擦除周期数量，这被称为持久性。这种耐久性可有效测定存储器的寿命。凭借闪存控制器，可以通过仔细管理块的使用方式，达到最大限度化提高有限的耐用性，以确保它们均被平等地使用。这是由闪存应用的一种技术，称为损耗平衡。尽可能减少开销量也很重要，从而达到写入放大。
 
内存的寿命也可以通过预留空间来延长，这会减少用户可见的内存并增加备用内存。额外的容量在应用损耗均衡时提供更多灵活性，因为冗余容许有些块无法用超出容量的块来取代。但是由于增加冗余块会降低有效存储容量，因此反过来会增加每位的有效成本。
 
增加存储密度
选择存储技术时，考虑的主因之一是管理每GB的成本。硅芯片的制造成本几乎完全取决于面积，而不是功能。因此可以通过提供特定容量所需的面积来降低每GB闪存的成本。最可行的办法是通过转往更小的制造工艺来减小存储单元的尺寸。但是闪存的物理性质限制了这种缩放比例，因此闪存供应商已转向其他方法来提高密度。
 
第一步是在每个存储单元中存储两位而不是一个位。这就是所谓的多级单元（MLC）闪存。从那时起就已经制造出在三级单元（TLC） 中存储三位并且在四级单元（QLC）中存储四位的闪存。内存的原始类型现在称为单级单元（SLC）。