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掌握ECC/壞區(qū)塊管理眉角 NAND Flash嵌入式應(yīng)用效能增

作者: 時(shí)間:2015-12-10 來源:新浪美股 收藏

  記憶體在出廠時(shí)是允許部分晶片含有壞區(qū)塊,或者好的區(qū)塊中含有一些錯(cuò)誤位元,因此在實(shí)際應(yīng)用時(shí),須搭配使用控制器,透過硬體與軟體進(jìn)行壞區(qū)塊管理,以及利用錯(cuò)誤更正編碼(ECC)演算法修正錯(cuò)誤位元,方能提升嵌入式系統(tǒng)儲(chǔ)存效能。

本文引用地址:http://m.ptau.cn/article/284148.htm

  NAND型快閃記憶體() IC的技術(shù)演進(jìn)快速,平均每1∼2年就前進(jìn)一個(gè)制程世代來降低成本,在售價(jià)大幅下降情況下,愈來愈多嵌入式系統(tǒng),例如:藍(lán)光播放器、電視、數(shù)位相機(jī)、印表機(jī)等應(yīng)用均采用NAND低成本的優(yōu)勢(shì),取代原本使用的NOR型快閃記憶體(以下簡(jiǎn)稱NOR),來因應(yīng)大容量記憶體的需求并且降低成本。然而品質(zhì)考量是否有被兼顧,讓產(chǎn)品可以達(dá)到高品質(zhì),是值得探討的。

  本文將先簡(jiǎn)介NAND與NOR的基本結(jié)構(gòu)與使用觀念,接著針對(duì)NAND的使用上常見問題或使用規(guī)格,提出討論,進(jìn)而提醒使用者在應(yīng)用上應(yīng)該注意事項(xiàng),避免衍生不必要困擾,加速上市的時(shí)程。

  NAND與NOR型快閃記憶體特性

  快閃記憶體(Flash)是電子抹除式可程式唯讀記憶體(EEPROM)的衍生產(chǎn)品,但是Flash和EEPROM的主要差異在于,EEPROM是以位元組(Byte)為資料抹除單位,抹除速度相當(dāng)緩慢。

  Flash則使用較大區(qū)塊(例128K Bytes)為抹除單位,因此在寫入大量資料時(shí)有顯著的速度優(yōu)勢(shì),而被命名為Flash。Flash依記憶單元陣列(Memory Cell Array)架構(gòu)及操作方式又可分為NOR和NAND二種型式:

  .NOR:

  可隨機(jī)存取(Random Access)并且速度快,多使用于儲(chǔ)存程式碼。記憶單元陣列架構(gòu)為并聯(lián)模式,可比擬為集合式透天房社區(qū),占用土地面積大,但是訪客可以很快地隨機(jī)訪問任何一戶房子。在應(yīng)用方面,NOR具備穩(wěn)定的品質(zhì)特性,大多是以儲(chǔ)存程式碼為主,特別是開機(jī)時(shí)的程式碼(Boot Code)。

  .NAND:

  以頁(yè)面式(Page Read)順序存取,隨機(jī)存取速度慢,多用于大量數(shù)據(jù)資料存取,例如:影像和音樂儲(chǔ)存記憶卡、固態(tài)硬碟等。記憶單元陣列架構(gòu)為串聯(lián)模式,可比擬為一棟高層集合式公寓,好處是可以在一小塊土地住很多人,缺點(diǎn)是訪客一定要透過一樓門口往上依續(xù)找到某戶房子。NAND應(yīng)用以資料(Data)儲(chǔ)存為主。

  最早期NAND技術(shù)是SLC(Single-Level Cell),原理是在一個(gè)記憶單元中存放一個(gè)位元(Bit)的資料,直到MLC(Multi-Level Cell)技術(shù)接棒后,演進(jìn)為一個(gè)記憶單元存放兩個(gè)位元。

  TLC(Triple-Level Cell)技術(shù)是MLC技術(shù)的延伸,于2009年正式問世,一個(gè)記憶單元可存放三個(gè)位元,成本進(jìn)一步大幅降低,但存取速度較慢。至于NOR目前以SLC為主流,因?yàn)槠湓O(shè)計(jì)較MLC簡(jiǎn)單且可靠度較佳,NOR的MLC技術(shù)難度高且可靠度較差,市場(chǎng)投入廠商較少。

  快閃記憶體基本使用觀念

  快閃記憶體中儲(chǔ)存的資料為二進(jìn)位格式,內(nèi)含0與1兩種態(tài)位(State),在Flash為空白未寫入狀態(tài)的時(shí)候,資料邏輯態(tài)位為1,寫入(Program)資料后資料態(tài)位變?yōu)?,但無法將0直接寫成1,必須下達(dá)抹除指令(Erase Command)進(jìn)行抹除才可將該位址資料態(tài)自0改寫成1。但是資料抹除必須是以區(qū)塊(Block或Sector)為最小單位,而不是以位元組為單位,也無法Partial Erase。

  因此,F(xiàn)lash無法像EEPROM以Byte進(jìn)行抹除,必須有Erase Before Write的重要觀念。然而Flash的寫入抹除有次數(shù)限制,例如NOR一般大約為十萬次(100K),NAND則大約為數(shù)千到數(shù)萬次(視制程技術(shù)而有差別),制造商會(huì)在Datasheet上注明這個(gè)Program/Erase Cycling Endurance規(guī)格。

  使用者必須避免或減少每次更新寫入小范圍資料(例:數(shù)Bytes)就抹除整個(gè)區(qū)塊,應(yīng)該等到該區(qū)塊資料寫入累積達(dá)到一定容量后再抹除,以免某些區(qū)塊在產(chǎn)品使用年限內(nèi)就已經(jīng)超過最高的寫入抹除次數(shù)規(guī)格。而Flash IC一般出廠時(shí)整個(gè)記憶體均為空白(例:FFh),第一次的使用,可以不須抹除就可寫入資料,之后的寫入則必須Erase Before Write。

  相較于NOR,在低成本的背景下,NAND是一種不完美(Imperfect)的記憶體,出廠時(shí)是允許部份的晶片(Chip)就含有壞區(qū)塊(Bad or Invalid Block),或者好的區(qū)塊(Good or Valid Block)中也含有一些錯(cuò)誤位元(Error Bit)。

  以上兩點(diǎn)是與NOR Perfect記憶體要求的最大不同。因此NAND使用一定要搭配控制器(Controller),透過Hardware(H/W)與Software(S/W)進(jìn)行壞區(qū)塊管理(Bad Block Management),以及利用錯(cuò)誤更正編碼(ECC)修正錯(cuò)誤位元。

  然而,部份使用者未能查覺這兩個(gè)基本的先天使用限制,仍然依照NOR或EEPROM的使用習(xí)慣進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì),于是導(dǎo)致嵌入式系統(tǒng)在設(shè)計(jì)驗(yàn)證、生產(chǎn)、甚至于是在終端客戶發(fā)現(xiàn)問題。在早期NAND多用于儲(chǔ)存應(yīng)用(例USB-drive、Memory card等),這種使用模式也與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用有一些差別。

  壞區(qū)塊產(chǎn)生原因與管理

  NAND中若出廠含有壞區(qū)塊,制造商會(huì)在壞區(qū)塊的Spare Area(Spare Column)或Data Area(Main Array)指定的位址寫入非FFh的資料(例00h),通常為每個(gè)區(qū)塊的第一個(gè)Page(或第二個(gè)Page或最后一個(gè)Page)的第一個(gè)Byte含有非FFh的資料,則該區(qū)塊為壞區(qū)塊,用以識(shí)別出廠時(shí)的好區(qū)塊與壞區(qū)塊,這就是所謂的壞區(qū)塊標(biāo)示(Bad或Invalid Block Mark)。見圖1,如果深色區(qū)域其中含非FFh資料,則該區(qū)塊為壞區(qū)塊。

  

 

  圖1 常見的NAND壞區(qū)塊標(biāo)示位址

  使用者在使用的最初階段,須先進(jìn)行整顆晶片的壞區(qū)塊掃描(Scan),建立每顆晶片的壞區(qū)塊清單(Bad Block Table)。如果使用NOR的概念,直接執(zhí)行壞區(qū)塊的抹除(Erase),則該壞區(qū)塊的壞區(qū)塊標(biāo)示將會(huì)被同步抹除,因而永久性地遺失壞區(qū)塊標(biāo)示,造成后續(xù)使用時(shí)誤用了壞區(qū)塊,導(dǎo)致應(yīng)用的問題。因此,在進(jìn)行任何區(qū)塊的抹除或?qū)懭胫?,必須先參照Bad Block Table或確定是否為壞區(qū)塊。

  造成壞區(qū)塊的原因通常是因?yàn)闊o法寫入資料、無法抹除資料、錯(cuò)誤位元數(shù)超過規(guī)格、無法符合AC/DC參數(shù)規(guī)格、可靠度不良、或在某個(gè)溫度下無法正常讀寫等問題而被標(biāo)示為壞區(qū)塊。

  晶片制造商在出廠測(cè)試時(shí),均會(huì)依嚴(yán)格測(cè)試條件進(jìn)行篩選(Screen),進(jìn)而標(biāo)示出壞區(qū)塊(通常每顆晶片壞區(qū)塊比例小于2%),并保留一定Margin,使得產(chǎn)品即使累積的寫入抹除次數(shù)到了最高限制次數(shù),晶片內(nèi)壞區(qū)塊總數(shù)仍符合2%規(guī)格。

  例如表1中,2Gb NAND總共含有兩千零四十八個(gè)區(qū)塊,至少會(huì)有兩千零八個(gè)好區(qū)塊,表示其中可能最多含有四十個(gè)壞區(qū)塊。為了避免使用到壞區(qū)塊而造成問題,使用者不可只依靠自行抹除壞區(qū)塊后的功能測(cè)試,來判斷那些區(qū)塊是壞區(qū)塊。應(yīng)該完全依照制造商出廠時(shí)的壞區(qū)塊標(biāo)示,避免使用壞區(qū)塊,因?yàn)閴膮^(qū)塊可能含有潛在的功能偏差或可靠度問題。

  

 

  除此之外,對(duì)于出廠時(shí)為好的區(qū)塊,若在使用時(shí)發(fā)現(xiàn)其功能異常,也要進(jìn)行壞區(qū)塊退役(Retirement)的管理。唯一保證的是,出廠時(shí)每顆晶片的Block 0均為好區(qū)塊,以方便使用者建立開機(jī)所需的程式碼或參數(shù)設(shè)定,可儲(chǔ)存于Block 0。而各區(qū)塊之間是完全獨(dú)立,寫入抹除功能不會(huì)互相影響Data(NAND的最小抹除單位為一個(gè)區(qū)塊)。

  針對(duì)使用者可能誤抹除壞區(qū)塊,而導(dǎo)致壞區(qū)塊標(biāo)示遺失的問題,已有NAND制造商在晶片加入了防止被抹除的設(shè)計(jì),即使是對(duì)壞區(qū)塊誤做了抹除,出廠時(shí)的壞區(qū)塊標(biāo)示仍然不會(huì)消失。但是對(duì)于出廠后因老化產(chǎn)生的壞區(qū)塊,仍然會(huì)因誤做了抹除而永久性地遺失了壞區(qū)塊標(biāo)示。

  分區(qū)劃分在嵌入式系統(tǒng)使用上是必要的,用以區(qū)分不同屬性的程式碼(Code)或資料(Data),例如某個(gè)分區(qū)是Boot Lader區(qū),某區(qū)是Data Logging區(qū),某區(qū)是User Data區(qū),或者定義File Size大小。

  區(qū)分不同屬性程式碼 分區(qū)劃分不可或缺

  NAND可能含有壞區(qū)塊,各分區(qū)必須保留足夠的記憶空間。因?yàn)槿绻麎膮^(qū)塊集中在某些分區(qū),使得該分區(qū)的記憶容量空間太小而無法滿足運(yùn)作所需,將導(dǎo)致系統(tǒng)故障。因此在分區(qū)時(shí),必須確保各分區(qū)記憶容量不會(huì)太小,建議使用者在每一個(gè)分區(qū)必須先行預(yù)測(cè)估算可能的壞區(qū)塊數(shù)目,保留足夠的運(yùn)作空間。但這個(gè)保留區(qū)塊數(shù)量也牽涉到NAND常見的制程缺陷。

  例如:圖2為典型的NAND金屬線制程缺陷種類,其中之一的缺陷為位元線接觸井短路或串連線接觸井?dāng)嗦?Bit-Line Contacts Short或String Contact Open),當(dāng)發(fā)生以上這種缺陷時(shí),會(huì)有兩條位元線短路或一條位元線斷路,造成某個(gè)Chunk(例:512Bytes)有兩個(gè)或一個(gè)Error Bit,若在高品質(zhì)要求的規(guī)格下,可能因?yàn)橛泻休^高的Bit Error Rate而將這連續(xù)兩個(gè)區(qū)塊均標(biāo)示為壞區(qū)塊。

  

 

  圖2 典型的NAND陣列金屬線制程缺陷種類

  又或像圖3中,假設(shè)Block 1~4為某個(gè)Boot Loader File的分區(qū),可能含兩個(gè)壞區(qū)塊,使用者必須考量當(dāng)四個(gè)區(qū)塊中剩下兩個(gè)區(qū)塊或更少區(qū)塊時(shí)可否正常運(yùn)作。尤其是對(duì)于低容量的NAND,因?yàn)榭傆洃浫萘恳约皡^(qū)塊數(shù)較少,在使用彈性較小情況下,更需注意最小File Size或Partition的使用限制。以下為實(shí)際使用案例說明:

  

 

  圖3 分區(qū)劃分示意圖,若某一分區(qū)中含較高的壞區(qū)塊比例

  (a)Partition table 1(表2):

  

 

  標(biāo)準(zhǔn)與正確的使用NAND,每個(gè)分區(qū)均保留足夠空間來容許壞區(qū)塊。

  (b)Partition table 2(表3):

  

 

  雖然是正確的設(shè)定且允許壞區(qū)塊的發(fā)生,但容許率不足,可能造成量產(chǎn)良率不穩(wěn)定。

  如同本文前面段落,Partition 2~6只允許一個(gè)壞區(qū)塊是不夠的,建議每個(gè)分區(qū)至少有4% x Partition Size加兩個(gè)Block(4舍5入),之所以使用4%是為了保護(hù)系統(tǒng),預(yù)留一定的Guardband,如果因?yàn)槿萘坑邢?,使用者可與制造商討論如何預(yù)留。

  例如若Partion-8含有兩百個(gè)Block,至少需允許十個(gè)壞區(qū)塊。本案例中,為1Gb NAND的應(yīng)用,扣除己經(jīng)劃分指定的Block以后,至少還有超過四百個(gè)Block未使用,如果能夠適當(dāng)?shù)姆峙溥@些Block到各個(gè)Partition,可以讓NAND天生的壞區(qū)塊特性獲得充分解決。

  未正確啟動(dòng)錯(cuò)誤修正碼將產(chǎn)生三種狀況

  NAND的好區(qū)塊中也可能含有錯(cuò)誤位元,必須利用ECC來修正資料,目前大多數(shù)系統(tǒng)均使用主晶片(SoC/ASIC/Controller)提供的H/W來完成,以獲取較好的效能,特別是系統(tǒng)須要處理較高的ECC Bit數(shù)時(shí)。而不同的半導(dǎo)體制程技術(shù)、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、產(chǎn)品測(cè)試、以及制程控制都可能影響NAND出廠時(shí)所含的錯(cuò)誤位元。

  各NAND制造商均會(huì)依產(chǎn)品能力,訂定所需的錯(cuò)誤修正碼位元數(shù)(Required ECC Bit)。通常以SLC技術(shù)來說,在4xnm以上(≥40奈米)制程技術(shù),約需至少一個(gè)ECC Bit(每528Bytes=512Bytes Data+16 Bytes Parity),在3xnm(30∼39奈米)制程技術(shù),約需四個(gè)ECC Bit(每528Bytes),在2xnm(20∼29奈米)制程技術(shù),約需至少八個(gè)ECC Bit(每528Bytes)。

  然而因4xnm以上制程技術(shù)寬限度(Margin)較大,在出廠狀態(tài)下含有的Error Bit數(shù)量較少(平均Bit Error Rate約1x10-8),所以可能大部份區(qū)塊是完全沒有Error Bit。若未能正確使用會(huì)有以下情況:

  1.開機(jī)載入程式時(shí)F/W未啟動(dòng)ECC,導(dǎo)致載入的程式含有錯(cuò)誤資料,系統(tǒng)無法如預(yù)期操作,進(jìn)而造成產(chǎn)品故障。這部份可能對(duì)于只需要1-Bit ECC規(guī)格的NAND影響較低,但對(duì)于先進(jìn)制程N(yùn)AND(需要較多Bits ECC)的影響就不容忽略。

  2.在燒錄器(Programmer)寫入資料到NAND時(shí),由于沒有搭配Controller,因此未啟動(dòng)ECC,使得某些含Error Bit的晶片在燒錄時(shí)被判定為壞品,造成不必要的良率損失。

  3.使用者未能體認(rèn)不同NAND產(chǎn)品所需ECC Bit數(shù)本來就可能不同,如果某個(gè)微控制器(Micro-controller)只有修正1-Bit Error能力,但是采用了需要4-Bit ECC的NAND,產(chǎn)品很容易產(chǎn)生資料錯(cuò)誤,而無法正常運(yùn)作。

  因此,以使用者必須嚴(yán)格確實(shí)遵守NAND Datasheet中規(guī)定的ECC Bit數(shù),啟動(dòng)錯(cuò)誤修正碼,否則可能造成資料錯(cuò)誤或產(chǎn)品故障。就是因?yàn)镹AND制程技術(shù)進(jìn)步很快,在2012∼2014年制程轉(zhuǎn)換從4xnm、3xnm、2xnm進(jìn)展到1xnm,所以所需的ECC Bit數(shù)也大不相同。

  如果使用者仍然以4xnm以上的經(jīng)驗(yàn)及觀念進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì),而不是完全依照Datasheet規(guī)定,將無法發(fā)揮NAND的優(yōu)點(diǎn),也就經(jīng)常發(fā)生使用者對(duì)ECC使用不正確而造成的問題。建議使用者如果有特別需要,應(yīng)該與NAND制造了解及澄清。

  采用特殊ECC演算法須注意資料保護(hù)/修正

  AND中含有的錯(cuò)誤位元,可能含有Data 1(Erased State),同時(shí)也含有Data 0 (Programmed State)的Error Bit。因此,不管是Data 1或是0,都要以ECC修正錯(cuò)誤。

  對(duì)SLC NAND來說通常Data 1的Error來自于寫入或讀取的干擾,造成NAND內(nèi)某個(gè)記憶單元的儲(chǔ)存電荷增加(Charge Gain),使得資料錯(cuò)誤;Data 0的Error則可能是制程缺陷使得某個(gè)記憶單元固定態(tài)位在Data1(Stuck-at-1),或者因?yàn)殚L(zhǎng)期資料保存,使得記憶單元中電荷泄漏(Charge Loss)造成資料錯(cuò)誤。

  通常產(chǎn)品在寫入資料時(shí),一并也會(huì)編碼(Encode)寫入ECC Code到同一Page的Spare Column上,所以Data 0都能得到資料保護(hù)。另外針對(duì)空白資料(Blank Data,F(xiàn)Fh)的Page因?yàn)樵揚(yáng)age的Spare Column上即使沒有寫進(jìn)ECC Code,通常也會(huì)得到ECC保護(hù)而修正錯(cuò)誤位元。

  然而,部份使用者采用的ECC演算法較特殊,例如采用Data Polarity Inversion。對(duì)于空白資料的Page,如果沒有對(duì)應(yīng)寫入ECC Code,User Data并不會(huì)得到ECC保護(hù),修正資料中的錯(cuò)誤位元。因此,使用者如果使用特殊的演算法,須特別注意不同資料需要修正和保護(hù)的資料內(nèi)容。

  未能考慮寫入干擾之限制

  NOP(Number of Program)是NAND的重要規(guī)格之一(NOR沒有此限制,經(jīng)常被忽略),通常制造商會(huì)標(biāo)示NOP的最高限制,表示每個(gè)Page部份寫入資料(Partial Program)的次數(shù)上限,例如:SLC NAND通常NOP為4∼8次,MLC和TLC NAND通常NOP規(guī)格為1,也就是說不允許分次寫入資料到同一個(gè)Page中。

  使用者必須依照NOP規(guī)格,以不超過NOP的次數(shù)規(guī)格之下,進(jìn)行Page Program,例如NOP=4表示每個(gè)Page最多可多四次寫入資料(Erase之后此規(guī)格Reset)。使用者必須注意NOP規(guī)格,不可進(jìn)行超過NOP次數(shù)的Partial Page Program,以免因?qū)懭敫蓴_而造成太多Error Bits進(jìn)而可能超過最高ECC可以修正的能力。

  Randomization Scheme減少區(qū)塊資料不平均

  因?yàn)镹AND通常是將三十二個(gè)Flash Cell以串聯(lián)方式連結(jié)起來,當(dāng)讀取其中某個(gè)Cell時(shí),其他位于同一串聯(lián)(String)的Cells,就當(dāng)作是Pass Gate。然而Cell在寫入資料后,因?yàn)閮?chǔ)存電子多,其臨限電壓(Threshold Voltage)升高,導(dǎo)通電流相對(duì)會(huì)降低,因此該串String的bit-line電流下降明顯。如果某一個(gè)String中大部份的Cells均為Data 0,該String的電流下降就更明顯。

  當(dāng)電流下降到低于資料讀取判斷的電流值時(shí),讀取的資料就會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)誤問題。部份使用者因?yàn)閷?duì)資料邏輯的定義,對(duì)于空(Void)的資料均填入Data 0,如此當(dāng)某一個(gè)Block中絕大部份Bit都是Data 0的情況下,某些String就可能產(chǎn)生讀取Data 1錯(cuò)誤的問題。因此最理想的資料是使用者能平均分配Data 1與0的比率,避免過多的0出現(xiàn)在同一個(gè)String。

  但這也不是代表完全不能有部份的String含有較多的Data 0,而是愈多的String中含有較多的Data 0,愈容易使Read Error,就容易超過ECC可以修補(bǔ)的Bit Error上限。目前己有Randomization Scheme技術(shù)可以將高重復(fù)性的使用者資料配合位址加以亂數(shù)化,減少相同資料接續(xù)寫進(jìn)同一Block的情況。

  例如表4(a)中,資料看起來每個(gè)位址的資料都是相當(dāng)?shù)仉s亂,然而在Column 0與Column 1(相當(dāng)于Flash內(nèi)部的Bit-line或String)中,可以發(fā)現(xiàn)其中的IO6與IO3各都有連續(xù)四個(gè)0;另外Row2(相當(dāng)于Flash內(nèi)部的Word-line)的IO6均含有0,可能造成較高Bit Error Rate,因此使用者應(yīng)注意這種可能性。

  

 

  表4(b)中,某個(gè)Block中絕大部份Bit都是Data 0,除了Row 0之外其他Row的資料均為0。此時(shí)讀取Row0的Data 1容易發(fā)生錯(cuò)誤。

  

 

  至于表4(c)是另一種極端,在同一個(gè)Block中除了Row0有資料之外,其他Row均為空白(FFh),短期的使用不太會(huì)有問題,也就是偶而有一次是這種Pattern是不會(huì)有問題。

  

 

  但是如果將這個(gè)Block長(zhǎng)期只有寫入Row0(例:該Block只做Parameter儲(chǔ)存用),其他Row的資料均為空白,則對(duì)可靠度可能有不良影響,這是因?yàn)槊看芜@個(gè)Block只有Row0有寫入資料,其他Row的資料均為空白,Row0的老化會(huì)比其他Row來得嚴(yán)重一些,造成同一個(gè)Block中老化速度極度分布不均,最后可能會(huì)影響data0與1態(tài)位的Sensing Margin。

  不適當(dāng)之驗(yàn)證方法

  隨著NAND半導(dǎo)體制程微縮使得成本下降的同時(shí),品質(zhì)和可靠的寬容度也大幅下降,因?yàn)樵趦H存非常微小的設(shè)計(jì)和操作空間之下,NAND的使用限制日漸復(fù)雜,尤其是MLC和TLC更是復(fù)雜,需要晶片制造商和使用者之間有非常緊密的溝通,以下列舉常見的不正確驗(yàn)證方法與使用限制:

  (1)單純比較RBER

  某些使用者評(píng)估NAND的方法是單純地比較絕對(duì)的RBER(Raw Bit Error Rate,未經(jīng)過ECC修正前的Bit Error Rate),做為產(chǎn)品能力及品質(zhì)的比較,可能會(huì)以過于嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)去認(rèn)定NAND能力,有失客觀性也不必要,因?yàn)椴煌瞥淌来腘AND,RBER差異相當(dāng)大,所需的ECC修正Bit數(shù)也大不相同。

  例如4xnm的RBER比3xnm低,但是經(jīng)過4-Bit ECC修正后,可能3xnm的UBER (Uncorrectable Bit Error Rate,經(jīng)過ECC修正后的Bit Error Rate)比4xnm經(jīng)過1-Bit ECC修正后的UBER更低。因此使用者應(yīng)該根據(jù)應(yīng)用的需求,考慮UBER,才不會(huì)限制了使用先進(jìn)產(chǎn)品的機(jī)會(huì)。正確啟動(dòng)主晶片對(duì)應(yīng)到NAND的ECC Bit,可以確保NAND的使用品質(zhì)。(注:SSD可接受的UBER為≥1×10-15)

  (2)依照特定位址順序?qū)懭胫甘?/p>

  針對(duì)先進(jìn)制程產(chǎn)品(例2xnm MLC & TLC)寫入資料順序須依指示,而非傳統(tǒng)上依Logical Sequence自0,1,2..60, 61,62,63..依續(xù)寫入,而是有特定的位址順序。

  (3)寫入資料需是Random Pattern

  進(jìn)行寫入抹除耐久性(Endurance)與資料保存壽命(Data Retention Lifetime)實(shí)驗(yàn)的寫入資料必須是Random Pattern(才可以模擬一般真實(shí)使用情況)而不是使用像F0F0h或0F0Fh等重復(fù)性的資料,否則某些Cell可能被過度Stress將會(huì)使Bit Error Rate上升或資料保存壽命Lifetime下降。

  (4)須模擬10年壽命內(nèi)分散式進(jìn)行

  寫入抹除實(shí)驗(yàn)必須模擬在10年壽命內(nèi)分散式(Distributed)的進(jìn)行,而不是在短時(shí)期內(nèi),很快地做完額定的最高寫入抹除規(guī)格;此外,如果短時(shí)間內(nèi)頻繁進(jìn)行寫入抹除,得到的可靠度數(shù)據(jù)通常會(huì)比較差,其原因在于寫入抹除過程中所快速產(chǎn)生的老化無法在短時(shí)間內(nèi)被釋放或回復(fù),因此而累積了過多的老化。所以相關(guān)的驗(yàn)證方法,必須能對(duì)應(yīng)到系統(tǒng)的實(shí)際工作行為模式。

  JEDEC固態(tài)技術(shù)協(xié)會(huì)定義了相關(guān)驗(yàn)證標(biāo)準(zhǔn),制造商大多是依據(jù)這個(gè)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)所定義的方法、程序、溫度、和時(shí)間等條件進(jìn)行各種實(shí)驗(yàn)評(píng)估,使用者也應(yīng)參照J(rèn)EDEC標(biāo)準(zhǔn)做為NAND驗(yàn)證條件,否則經(jīng)常會(huì)過度Stress而突增困擾。

  (5)依JEDEC條件評(píng)估

  資料保存驗(yàn)證也和前項(xiàng)類似,進(jìn)行資料保存實(shí)驗(yàn)前所做的寫入抹除實(shí)驗(yàn)須依JEDEC或依制造商提供的溫度和各種實(shí)驗(yàn)條件進(jìn)行評(píng)估,實(shí)務(wù)上常有使用者先以常溫快速進(jìn)行寫入抹除實(shí)驗(yàn)(例如一周內(nèi)完成100k Program/Erase Cycling),再接著進(jìn)行高溫烘烤實(shí)驗(yàn),評(píng)估資料保存壽命。

  這種方式會(huì)嚴(yán)重低估了資料保存壽命。因?yàn)榇蠖鄶?shù)情況下,所需的資料保存壽命是兩次寫入抹除之間的時(shí)間,如果很頻繁地進(jìn)行寫入抹除,實(shí)際上所需的資料保存壽命是較短的。一般來說寫入抹除和資料靜止不變更的溫度通常是接近的,如果做寫入抹除在常溫,卻以高溫做資料保存測(cè)試是過度的Stress,導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)程序與實(shí)際User Mode的偏差。JEDEC驗(yàn)證標(biāo)準(zhǔn)建議在高溫進(jìn)行寫入抹除循環(huán)測(cè)試,接著以高溫做資料保存測(cè)試,才符合現(xiàn)實(shí)應(yīng)用。

  NAND已經(jīng)廣泛運(yùn)用在嵌入式系統(tǒng),然而由常見的NAND使用問題,可見使用NAND必須注意的要點(diǎn)及限制比起NOR多很多,而且隨著制程演進(jìn)限制更多。使用者若不能正確使用NAND,幸運(yùn)的情況在設(shè)計(jì)驗(yàn)證階段就發(fā)現(xiàn)問題,如果一直到量產(chǎn)出貨后才發(fā)現(xiàn)問題,可能造成相常嚴(yán)重的后果,因此必須非常小心謹(jǐn)慎,如果有任何疑問應(yīng)與制造商仔細(xì)溝通了解NAND的使用特性與規(guī)格。



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