18、闪存技术全解析：从NAND到管理型闪存的深度探索

闪存技术全解析：从NAND到管理型闪存的深度探索

1. NAND闪存概述

NAND闪存相较于NOR闪存，价格更为低廉且容量更高。初代NAND芯片采用单级单元（SLC）架构，每个存储单元存储1位数据；后续发展出多级单元（MLC）芯片，每个单元存储2位数据；如今又有三级单元（TLC）芯片，每个单元可存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，这就需要更复杂的控制器软硬件来弥补。若对可靠性要求较高，建议使用SLC NAND闪存芯片。

NAND闪存以擦除块形式组织，块大小在16 KiB到512 KiB之间，擦除操作会将块内所有位设为1。但在块变得不可靠之前，其可承受的擦除周期数较少，例如TLC芯片通常仅1K次，而SLC可达100K次。NAND闪存只能按页读写，页大小一般为2 KiB或4 KiB，且不能按字节访问，因此代码和数据需先复制到RAM才能访问。

数据传输时易出现位翻转问题，可通过纠错码（ECC）检测和纠正。SLC芯片一般使用简单的汉明码，能有效在软件中实现，可纠正页读取中的单比特错误；MLC和TLC芯片则需更复杂的Bose - Chaudhuri - Hocquenghem（BCH）码，每页最多可纠正8比特错误，且需要硬件支持。

ECC需存储在额外的带外（OOB）区域，即备用区域。SLC设计通常每32字节主存储对应1字节OOB，如2 KiB页设备每页OOB为64字节，4 KiB页则为128字节。MLC和TLC芯片的OOB区域更大，以适应更复杂的ECC。

生产过程中，制造商测试所有块，若有块失败，会在该块每页的OOB区域设置标志。新芯片有多达2%的块被标记为坏块并不罕见，且在达到擦除周期限制前，也可能有类似比例的块在擦除