深入探讨MK米客方德SD NAND磨损均衡技术

2024-06-28 MK-米客方德
SD NAND SD NAND SD NAND SD NAND

上次MK给大家讲解了MK SD NAND异常掉电保护机制,不少的工程师朋友们对此挺感兴趣,今天再和大家聊一聊SD NAND内部的另外一个核心技术SD NAND:磨损均衡(Wear Leveling)。


SD NAND内部主要由NAND Flash和Flash Controller组成,大多数人把NAND FLASH叫做闪存,是一种长寿命的非易失性的存储器,即使在断电情况下仍能保持所存储的数据信息。此外,SD NAND还在其内部集成了主控,用于完成擦写均衡、坏块管理、ECC校验等功能。整体的架构如下所示。

图一:MK SD NAND整体框架

而磨损均衡(Wear Leveling),就是让SD NAND中的每个闪存块的擦除都保持均衡。每一个闪存都是有寿命的,Nand Flash在架构上可以分为SLC、MLC和TLC。三者的区别如下:


SLC英文全称为Single-Level Cell,即1bit/cell,每一个单位存储一位数据。速度快寿命长,价格贵(约MLC的3倍以上的价格),约10万次擦写寿命。


MLC全称为Multi-Level Cell,即2bit/cell,每一个单位存储二位数据。速度一般寿命一般,价格一般,约3000-10000次擦写寿命。MLC通过使用大量的电压等级,每个单元储存二位数据,数据密度比较大。因此,MLC架构可以有比较好的储存密度。


TLC全称为Trinary-Level Cell,即3bit/cell,也可以叫8LC,需要访问的时间更长,因此传输速度更慢。TLC价格便宜,但是速度慢寿命短,约1000次擦写寿命。

表 1

如果用户数据在某些闪存块上频繁的被使用,达到一定的写入/擦除次数后,那么SD NAND就会英年早逝。相反,有了磨损平衡技术,每一个闪存块都能雨露均沾,这样就提高了产品的使用寿命。


业界的磨损均衡算法,主要有动态磨损均衡和静态磨损均衡。动态磨损平衡算法是把热数据写到年轻的块上,即在拿一个新的闪存块用来写的时候,挑选擦写次数小的;静态磨损平衡算法是把冷数据写到年老的块上,即把冷数据搬到擦写次数比较多的闪存块上。两者各有优缺点,MK SD NAND则是采用动态与静态磨损结合的磨损均衡管理算法,实现最佳的均衡效果。


MK是一家专注于嵌入式存储的企业,研发中心设在台湾,在深圳、香港、合肥设有营运据点。MK的产品涵盖了各种主流的容量和接口,SD NAND、eMMC、存储卡广泛应用于工业、车载、医疗、电力、智能穿戴等领域,并可提供客制化的存储解决方案。


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