閃存磨損均衡技術分析

摘 要：閃存存儲器（Flash Memory）簡稱閃存，是一種基于半導體技術的非易失性存儲器。閃存中數據的寫入是基于先擦除后寫入的方式，擦除以塊為單位，每個數據塊的擦除次數有限，因擦除次數過多而被磨損的塊，影響了整個存儲器的生命周期，為了提高閃存存儲器的壽命，使得每塊的擦除均衡，磨損均衡技術成為flash存儲中研究的關鍵技術之一。本文從專利技術方面分析磨損均衡的發展趨勢。

關鍵詞：閃存;磨損均衡;擦除;冷熱數據

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2015.21.017

1 前言

東芝公司于1984年提出了閃存的概念，與傳統電腦內存不同，閃存的特點是存儲的數據在主機掉電后不會丟失，其記錄速度也非常快。Intel是世界上第一個生產閃存并將其投放市場的公司，該公司的第一款產品為容量為256Kbit閃存芯片。后來，Intel發明的這類閃存被統稱為NOR型閃存。第二種閃存稱為NAND型閃存，它由日立公司研制成功，并被認為是NOR型閃存的理想替代者。NAND型閃存主要用來存儲資料，我們常用的閃存產品，如u盤、SD卡等數碼存儲卡都是用NAND型閃存。

由于閃存中每個區塊的擦除次數有限，因而發展出一種磨損均衡操作，磨損均衡[1，2]是為了平均地使用閃存中的每個塊，避免特定區塊使用過度，也就是說，避免每塊的擦除次數過多而變成壞區塊而無法使用，降低了閃存的壽命。

2 桑迪士克公司關于閃存磨損均衡技術脈絡分析

第一篇專利申請為1991年申請，為了保證數據塊的擦除平衡，采用了閾值的方式，交換最大擦除次數塊和最小擦除次數塊之間的數據。

接著以第一篇專利申請為基礎提交了幾篇系列申請，接著又開始采用不同的手段進行磨損均衡操作，其在2001年6月1日提交了一篇公開號為US2002184432A1的美國申請，該申請同時在臺灣，日本，澳大利亞，韓國等多個國家具有同族。該申請為了提高靜態區的磨損均衡，通過采取在在閃存存儲器剛剛寫入或擦除大量數據的時，將靜態區的數據進行主動更新，從而實現磨損均衡。

隨后又在2002年10月28日提出了一件US28182402B1申請，通過對所有的區塊進行擦除計數，并將區塊進行分類，分為最頻繁擦除區塊表和最不頻繁擦除區塊表，訪問某個區塊的擦除次數，判斷其擦除次數是不是明顯小于平均擦除次數，則將區塊識別為靜態區塊，然后從最頻繁擦除區塊表中獲得區塊，并進行數據的交換。并以此專利為基礎，提交了一系列的系列申請。

在2004年11月15日提交的公開號為US2006106972A1的專利申請，其采用設置擦除池的方式，從擦除池中選擇數據塊進行擦除。

從上面可以看出，桑迪士克公司對磨損均衡這塊技術的研究一直在探索和研發，沒有中斷，從各個方面進行了嘗試，說明技術的發展雖然有它既定的脈絡，但是在發展初期，還是需要經過多方面的探索與試驗。

接著，隨著互聯網大潮的興起，處于技術變革時期，桑迪士克要更好的走在技術前列，必然需要加大多閃存技術的研究。如下有進行了一系列的專利申請。

2005年11月29日，提交了公開號為US2006203546A1的專利申請，現有技術的大多數擦除算法都需要計算數據塊的擦除次數，需要開辟存放擦除計數的空間，本發明采用的技術手段是通過計算每個塊已被擦除的次數和至少一個其它塊已被擦除的次數的函數的數，以及將所述數存儲到所述存儲器裝置中。

2008年1月31日，提交了公開號為US2009198869A1的專利申請，其改進點在于由于系統斷電導致了數據塊的擦除值丟失，通過原先記載的各個數據塊的擦除值通過計算平均值或者最大值的方式，重新給該丟失擦除計數值的數據塊賦值。

2011年12月19日，提交公開號為US2013159600 A1的專利申請，為了達到閃存的磨損均衡，其使用的技術手段是通過把一個數據塊分成兩個部分，當第一區塊生命周期用盡后，然后把數據存儲到第二區塊的方式，來減少數據塊的擦除。

2012年11月15日，提交公開號為WO2013095819 A1的專利申請，通過寫入的數據與該塊的相關程度，選擇數據塊的擦除。

3 總結

通過分析可知，閃存的飛速發展，未來有一天應該會代替傳統的硬盤。而生命周期的問題，肯定是研究的重點。可以看出，國外對這塊的技術研究的比較靠前，依據桑迪士克的發展經歷，站在技術的前沿，才能更好的占據市場。

參考文獻：

[1]邢春波.閃存磨損均衡算法研究[D].浙江工業大學，2008.

[2]高立森.固態硬盤控制器磨損均衡算法研究[D].上海交通大學，2011.

作者簡介：阮圓（1989-），女，碩士，研究實習員，研究方向：存儲器領域-專利審查。endprint