NAND閃存磨損均衡技術專利綜述

李嬌

【摘 要】NAND閃存以其高訪問速度，易集成化以及低功耗等特性成為應用最為廣泛的存儲介質。磨損均衡技術對于延長NAND閃存的壽命，提高閃存塊的使用效率起到重要的作用。本文通過分析NAND閃存磨損均衡技術是否考慮冷數據的均衡對磨損均衡技術進行分類，并從分類所得的技術分支對NAND閃存磨損均衡的專利技術進行了綜述。

【關鍵詞】NAND閃存 磨損均衡 損耗均衡 延長使用壽命

1 閃存磨損均衡技術概述

1989年，東芝公司發表了NAND結構，強調降低每比特的成本，追求更高的性能，并被大量應用于移動設備和嵌入式設備中。NAND閃存是由一定數量的塊組成的，物理塊是擦除的最小單位，而讀和寫都是以頁為單位。寫操作只能在空白塊或者已擦除的塊內進行，并且每個擦除塊的擦除次數有限，一般是在10萬次到100萬次之間。所以需要運用磨損均衡算法使擦除操作平均地發生在各個塊上。

磨損均衡算法的核心是在每次寫操作時將新數據寫入到最少被使用的物理塊中，來達到整個固態硬盤存儲介質的擦除次數均衡，從而可以大大提高整個固態硬盤的壽命。

2 NAND閃存磨損均衡技術專利實證分析

專利信息實證分析是從專利文獻中采集專利信息，對其主要指標進行加工、整理和分析，這些主要指標包括如技術發展趨勢分析、年度趨勢分析、申請人（發明人）分析、技術分支分析等等。本文首先確定所需的專利檢索的關鍵詞和分類號，檢索出形成本文分析所需的中英文專利申請共111篇文獻，其中中文文獻77篇，英文文獻34篇，并標引分析。

2.1 申請時間和數量

分析得出國內外NAND閃存磨損均衡技術專利申請隨時間的申請量的變化的分析結果如圖2-1-1所示。可以看出近幾年來，隨著NAND閃存磨損均衡的技術的發展，NAND閃存磨損均衡領域的創新活動也越來越活躍，NAND閃存磨損均衡專利技術年度申請量快速增加。

2.2 主要技術分支和數量

分析得出國內外NAND閃存磨損均衡技術專利申請的主要技術分支的分析結果如圖2-2-1所示。針對NAND閃存磨損均衡技術專利申請的研究，主要分為兩個技術分支：動態磨損均衡技術和靜態磨損均衡技術。從圖可知，靜態磨損均衡技術和動態磨損均衡技術的申請量均呈現一個逐年增長的情況。

3 NAND閃存磨損均衡的主要分類與分析

本章將從上述兩個技術分支對檢索得到的111篇國內外關于NAND閃存磨損均衡技術的專利申請進行具體分析。

3.1 動態均衡磨損技術

動態磨損均衡技術側重于更新數據時對目標物理頁的選擇，是將新版本的數據寫到別的頁上去，原來的數據標示為無效，那么存放無效數據的頁在垃圾回收時就能得到擦除的機會。代表性專利為：CN200610113624。而對于更新的數據，將數據寫入替換塊里，然后將原塊鏈接到垃圾鏈里面。

3.2 靜態磨損均衡技術

如果某塊上存放的都是更新頻率很低的靜態數據或稱為“冷”數據，故其上出現的臟頁很少，結果這個塊的擦除次數要明顯小于別的塊，導致損耗的不均衡性，為解決這一問題，即出現了靜態磨損均衡算法。靜態磨損均衡技術按照在處理過程中是否帶有隨機性，分為隨機性技術，以及在處理過程中不帶有隨機性的確定性技術。

隨機性磨損均衡技術，其處理思想基于統計學理論，算法中的隨機參數多采用均勻的概率分布，通過大量處理來實現損耗的均勻分布。代表性專利是：US20010870315。

確定性磨損均衡技術，記錄各個物理塊的擦除次數和塊上存放數據的時間長短等一些能做出磨損均衡處理決定的信息，用這些信息來做出明確的處理決定。確定性磨損均衡技術又可以分成兩類：靜態周期型確定性磨損均衡技術和靜態全局型確定性磨損均衡技術。

靜態周期型確定性磨損均衡技術將閃存壽命看做是由一個個的磨損均衡處理周期構成的。在一個處理周期中，已達到規定的擦除次數的塊在這一輪周期中將不會再被選中，這樣就能使各個塊都達到相同的擦除次數。代表性專利是：CN201110161755。

靜態全局型確定性磨損均衡技術并不劃分處理周期，而是在一個全局范圍內控制塊的損耗均衡。當任何兩個塊的擦除次數之差超過一個給定的閾值時，或者當某塊的擦除次數超過了所有塊的平均擦除次數時，啟動磨損均衡處理，將擦除次數少的塊上數據和擦除次數多的塊上數據進行交換。代表性專利有：US20040799039。

4 技術綜述在審查實踐中的應用

在撰寫以上專利技術綜述的過程中，通過對涉及動態磨損均衡和靜態磨損均衡的的國內外專利進行集中收集、閱讀和梳理，在較短時間內了解了該領域專利技術的發展脈絡，掌握了國內外主要申請人的技術發展狀況，有效提高了對于專利申請發明點的把握，為后續的審查實踐中處理實際案例提供了指導和依據。