18、闪存技术全面解析：从NAND到管理型闪存

闪存技术全面解析：从NAND到管理型闪存

1. NAND闪存概述

NAND闪存比NOR闪存成本更低且容量更高。早期的NAND芯片采用单级单元（SLC）架构，每个存储单元存储1位数据；后来发展到多级单元（MLC）芯片，每个单元存储2位数据；如今又有三级单元（TLC）芯片，每个单元存储3位数据。不过，随着每个单元存储位数的增加，存储可靠性有所下降，需要更复杂的控制器软硬件来弥补。如果对可靠性要求较高，建议使用SLC NAND闪存芯片。

NAND闪存与NOR闪存一样，被组织成擦除块，大小从16 KiB到512 KiB不等。擦除一个块会将所有位设置为1，但NAND闪存块在变得不可靠之前的擦除周期数较少，TLC芯片通常只有1K次，而SLC芯片可达100K次。

NAND闪存只能按页进行读写，通常页大小为2 KiB或4 KiB。由于不能逐字节访问，它无法映射到地址空间，因此代码和数据在访问前必须先复制到RAM中。

数据传输时容易发生位翻转，可使用纠错码（ECC）来检测和纠正。SLC芯片一般使用简单的汉明码，可在软件中高效实现，能纠正页读取中的单比特错误；MLC和TLC芯片则需要更复杂的码，如Bose - Chaudhuri - Hocquenghem（BCH）码，每页最多可纠正8位错误，且需要硬件支持。

ECC需要存储在额外的内存区域，即带外（OOB）区域或备用区域。SLC设计通常每32字节主存储有1字节OOB，对于2 KiB页的设备，每页OOB为64字节；对于4 KiB页，为128字节。MLC和TLC芯片的OOB区域相对更大，以容纳更复杂的ECC。

在生产过程中，制造商测试所有块，并通过在块中每页的OOB区域设置标志来标记失败的块。