MLC NAND闪存失效模式的测试与分析

摘要

为了提高信息技术的整体发展水平，基于闪存(Flash)的固态硬盘(Solid State Disk, SSD)因存取速度快、抗震防摔、功耗低、噪声低等优良特性被广泛应用于存储解决方案中。固态硬盘中闪存以芯片的形式存在，其中MLC NAND闪存芯片的应用最为广泛。近些年来，生产厂商不断提高闪存芯片的工艺制程以满足用户对更大容量、更低成本的需求，但同时，闪存芯片的使用寿命和存储可靠性受到了严重影响。深入研究闪存的失效模式，以寻求解决方案，具有重要的意义。
　　分析闪存的存储原理、组织方式和读写机制，提出闪存在使用过程中存在的三种失效模式，包括写干扰错误、写入错误、读干扰错误。设计并实现了一个硬件平台，通过该平台可直接访问闪存芯片并获取到介质中的原始数据，同时开发了一个基于此平台的测试系统。针对每一种失效模式设计对应的测试方案，统计访问过程中出现的比特错误以研究对应的失效模式。
　　通过实验得出以下结论：(1)物理页的分配方式不同，写干扰造成的比特错误数也不同，随机分配会产生大量的比特错误，按字线分配产生少量的比特错误，按页分配产生极少数的比特错误；(2)对同一字线上的LSB(Least Significant Bit)页和MSB(Most Significant Bit)页编程时，MSB页中产生比特错误的概率更高，且产生比特错误的数量可能更多；(3)读取一个页可能导致块中其他页失效，且随着读操作次数的增加，失效的概率也会有所增加。

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1 绪论

1.1 课题背景

1.2 固态硬盘的工作原理

1.3 国内外研究现状

1.4课题来源与研究意义

1.5论文研究内容和组织结构

2闪存的读写机制与失效分析

2.1 NAND闪存的存储单元

2.2 闪存的基本操作机制

2.3 闪存失效分析

2.4 本章小结

3 硬件平台RamSSD的设计与实现

3.1 硬件平台RamSSD

3.2 RamSSD的访问接口

3.3本章小结

4 实验方案的设计与实现

4.1实验测试系统

4.2测试方案

4.3本章小结

5实验结果与分析

5.1 写干扰错误

5.2 LSB页和MSB页的写入错误

5.3读干扰错误

5.4 本章小结

6 总结与展望

致谢

参考文献