3、利用跨层热度识别提升闪存系统性能

利用跨层热度识别提升闪存系统性能

1. 引言

近年来，配备NAND闪存的存储设备在众多应用中得到了广泛使用。由于其高密度、低功耗、出色的IOPs性能、抗冲击性和无噪音等优点，基于NAND闪存的固态硬盘（SSD）被认为是硬盘驱动器（HDD）作为二级存储设备的替代方案。随着半导体工艺技术的发展和单元密度的提高，NAND闪存的容量不断增加，价格持续下降。然而，技术的发展也不可避免地导致了闪存耐久性和I/O性能的持续下降，这促使人们寻找提高闪存性能和寿命的方法。

闪存的寿命与原始比特错误率（RBER）高度相关，RBER定义为读取的总比特数中损坏的比特数。随着闪存单元的耐久性有限，RBER预计会随着编程/擦除（P/E）周期的增加而增长。如果组合错误无法通过纠错码（ECC）纠正，则认为页面达到了其寿命。为了最大化闪存中的P/E周期数，人们提出了许多方法，包括增强ECC的纠错能力、在驱动器块之间均匀分配擦除成本以及降低阈值电压以减少每次P/E循环产生的磨损。

闪存的读取延迟也与RBER高度相关。RBER越高，所需的ECC能力越强，ECC方案的复杂度也越高，读取速度越慢。近年来，人们提出了几种通过调节内存传感精度来减少读取延迟的方法。

本文介绍了闪存单元磨损、读取延迟和RBER之间的关系。一方面，通过降低阈值电压可以减少闪存单元的磨损，但会降低闪存单元状态之间的噪声裕度，从而增加RBER并延迟读取操作。另一方面，通过提高阈值电压可以降低RBER，从而减少读取延迟，但会导致更多的单元磨损。基于上述关系，我们提出了一种综合方法（HIRE），利用访问热度信息来提高闪存存储系统的读取性能和耐久性。

2. 背景与相关工作

2.1 闪存单元磨