【SSD】闪存1

闪存的特点

闪存是非易失存储器，掉电了数据也不会丢失，但是闪存不能够覆写，必须按块擦除，按页写入。

闪存的基本单元

闪存的基本单元是Cell，一种类Nmos的双层浮栅MOS管

MOS管

首先理解什么是MOS管：(金属栅极-氧化物绝缘层-半导体沟道)

工作原理：栅极作为控制端：

栅极不加电压：P型基底里面没有导电通道，漏极和源极断开

当栅极加正电压：电场穿过绝缘氧化层，把底下的电子吸上来，形成N沟道

断电瞬间：电压消失，电场消失，吸上来的电子消去，沟道消失，数据页消失了，所以具有易失性。

Flash属于非易失型的半导体，使用的是双层浮栅MOS管

双层浮栅MOS管

控制栅极+绝缘层+浮栅极+绝缘层+半导体基底

工作原理：

读入：在栅极加极高的正向电压+20V，强大的电场把基底沟道里的电子强行拽起来，穿过薄薄的底部氧化层，塞进浮栅极里。即便撤掉高压，由于有两层氧化层电子跑不出来，数据不会发生改变。浮栅极里面有电子时表现为"0"；

读取：也就是检查浮栅极中是否存在电子，可以在控制栅极加一个中等正电压，如果浮栅极中有电子，电子的排斥力会抵消控制栅极的电压吸引力，无法在基底吸出沟道，源极和漏极断开，此时能读出“0”；若浮栅极中无电子，则控制栅极的中等正电压能成功在基底吸出一条沟道，源极和漏极导通，系统读出“1”；

擦除：在控制栅极加极高的反向负电压或者在基底加极高的正向高电压，反向电场直接把电子从浮栅极中吸到基底，数据消除，系统读出“1”.

SLC，MLC和TLC

名词解释：

bit又称为位，两位的话是4个状态。

存储单元：一个存储单元可以称为Cell，是一种双层浮栅型MOS管

一个存储单元存储1bit数据的闪存叫做SLC，存储2bit的数据为MLC，存储3bit的数据为TLC

对于SLC来说，一个存储单元存储两种状态，当浮栅极中电子多于某个参考值的时候，我们把它采样为0否则采样为1；

SLC电压分布的分析：

如上图，这是一个SLC，一个存储单元存储两个状态(1bit数据量)，也就是“0”和“1”，横轴是阈值电压大小，纵轴是存储单元的数量，中间的竖线是区分“0”和“1”的阈值电压；这个正态分布的线就是指采样在对应阈值电压范围的Cell数量。

从底层来分析：SLC怎么进行采样？根据浮栅极的电子数量进行采样。显而易见，当栅极施加正向的大电压时，会大量吸引电子进入浮栅极(充电)，在达到某个参考值的时候，就可以采样为“0”，否则判为“1”；所以，SLC采样电压落在1范围内就认为是1；落在0范围内就认为是0；

两个正态分布，无论是采样为0的还是采样为1的，都显示为正态分布，其中，在“山峰处”的Cell最不容易发生位翻转，在“山脚处”采样可能出现位翻转，原因主要是在长期的使用过程中，Cell会出现电荷泄漏的情况，导致自身的阈值电压偏移，从而从“0”翻转为“1”。尤其是在区分“0”和“1”阈值电压处，也就是“两个山脚交界处”，本来该阈值电压是3v，时间久了这个阈值电压下降到了2.5v，使用2.7v电压去读，本应读到“0”，实际上会读到“1”，就发生了位翻转。这也是需要ECC纠错的原因。

MLC和TLC的原理

MLC若是存储单元存储4个状态(2bit数据)，区分不同的状态使用了3个阈值电压线，总之就是一个存储单元表示的状态越多，那表现的数据量就越多，也就有了更大的存储空间。

同理，TLC若是一个存储单元有8个状态，可存储的数据量跟你更多(3bit数据)。

优缺点分析

1.一个存储单元划分的阈值电压越多，在擦写读数据的时候，控制进入浮栅极的电子个数越精细，所以耗费的时间越长；所以，在性能上SLC>MLC>TLC

2.在同样面积的Die上，闪存容量：TLC>MLC>SLC

3.根据上方三张图，会发现SLC处于山丘的可能性更大，也就是采样准确率更高。TLC采样失误率更高。

SLC、MLC、TLC参数比较

上述图片取自：深入浅出SSD ：固态存储核心技术、 原理与实战