01 简介

由于闪存设备的擦除循环次数是有限的，每个闪存块的数据存储变得不可靠之前需要执行一些操作，对设计者来说，知道并懂得评估仙人掌科技工业级闪存产品预期的写入耐力是很重要的。

02 存在的问题

闪存的每个块的擦除次数是有限的，因此每个块的写入/擦除耐力循环次数从根本上受到限制。当闪存块发生下面的情况时，控制器标识为坏块：

1. 当读取/写入块时，控制器检测到不可纠正的读取或者写入错误时。

2. 擦除次数达到闪存块的预设值。

目前SLC闪存技术被应用于所有仙人掌科技工业级闪存产品解决方案中，每个单元的擦除次数能达到10万次。MLC闪存被应用于仙人掌科技商业级产品中，每个单元的擦除次数能达到3000次。

闪存块在擦除次数很高后，将不能可靠的进行写入/擦除操作。在很多情况下，主机不能可靠的写入数据到设备前，这时便认为是设备的使用寿命。

03 解决方案

当设备老化时，先进的错误检测与纠正算法可以延长设备的耐力。在仙人掌科技工业级闪存产品板上集成的控制器，能提供一个强大的ECC来纠正每个扇区的多种错误。

为了增加有效的写入/擦除循环次数，许多板上控制器储备了占总数一定比例可用的闪存块，作为"备用块"。当控制器检测到不可恢复的写入/擦除错误，将从备份块区域取出一个块替代失效的块。这个操作类似通过现在的磁盘驱动器重新映射一个扇区，并完全开放给主机。缺陷块重新映射，增加了数据的可靠性并延长了使用寿命。所有仙人掌科技工业级闪存设备实现了缺陷块重新映射功能，在设备上都有备份块。

在很多应用中，数据写入(页面循环编程)发生的次数比数据读取(页面循环读取)少很多。因此设备上的这些数据块，对比由于来自主机的数据写入或更新，更可能被擦除。如果通过交换静态数据(即数据不被经常更新)与动态数据块(数据经常更新)，使整个芯片或者整个设备的平均擦除次数都被开发，这样总体的耐力将会明显的增加。这个处理过程被称为"磨损均衡"。所有的仙人掌科技工业级闪存产品的板上智能控制器都有实现这个功能。

仙人掌科技工业级闪存产品，明确说明其逻辑擦除循环的耐力达2百万次。这个评级来自很多典型的应用，以及下面章节描述的很多不同的应用。

04 耐力评估

如下状态说明了在使用期间预期的耐力变化。设备的容量也与耐力有关。

下面的评估基于如下假设：

1. 磨损均衡迫使每次写入/擦除操作总是在不同的物理闪存块进行，并在整个设备内移动数据。使闪存块的擦除次数达到其预设值。

2. 读操作不影响设备的耐力可忽略不计。

3. ECC错误都能被校正，因此不需要替换块。

一般评估耐力的方式如下：

D=数据大小(千字节)

b=块的大小(千字节)

T=每个闪存IC用户可访问的块

n=设备上闪存IC的数量

e=单个闪存块的耐力

块的擦除次数B，依据写入数据的大小与闪存块的大小，根据如下表达式评估： 

整个块的擦除意味着，如果D<b，然后B=1，因此对整个计算来说B大于等于1.

由于设备上的块的nT数量依据设备的配置，擦除循环次数t要求设备上的每个闪存块被完全擦除，并通过如下表达式评估：

当每个块的耐力值达到e，设备可能会"退休"。设备耐力E通过如下表达式评估：

以上模式展示了设备的耐力与设备的容量与每次写入操作的数据大小有关。

如下表格假设用2个工业级闪存设备，说明并评估耐力的情况

状态1：数据持续写入设备A，从逻辑扇区0开始直到写满设备然后重复这个动作。每次写入设备的数据大小为128KByte，与闪存块的大小相等。

模型显示，如果较小的数据块写入一个大容量的设备，耐力E将由用户的数据块的数量决定。

状态2：随机数据写入设备A，每次写入的数据大小是卡的容量的5%。剩下的容量保留静态数据。每个写入操作写入100MByte或者80个NAND块。

这个状态显示了对于典型的应用来说，设备很有可能超过2百万次逻辑擦除循环。

状态3：随机数据写入设备B。每次写入的数据大小相对于卡容量的5%。剩下的容量保留静态数据。每次写入3.2MByte或者200NAND块给设备。

这说明了在设备B中，即使用小块NAND IC建立的设备，2百万逻辑循环擦除次数也可用实现。

状态4：在设备A中覆盖所有的块。数据的大小与设备的容量相同。

这个状态说明了磨损均衡不再有效，如果整个设备都被写入，会迫使板上的智能控制器每次都去擦除所有的用户块。整体的耐力只能通过ECC延伸。

耐力的简易表格 vs 使用方式的表格如下：

05 结论

根据章节4的数学模型，设备的耐力大部分依靠设备的容量与使用模式，由于不同的使用模式或许会改变耐力。

尽管如此，必须强调的是，由于在NAND设备中发现的制造变化，以上的数学模型只能当作一个参考。在使用仙人掌科技工业级闪存系统中，设计者应该实现数据完整性的检查与校正，达到数据完整性的要求水平与系统可靠性。

06 支持信息

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