[發(fā)明專利]一種三維閃存層間錯(cuò)誤率模型及評估方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 202010650473.1
• 申請日: 2020-07-08
• 公開（公告）號: CN111863109A
• 公開（公告）日: 2020-10-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉碧貞;吳佳;李禮
• 申請（專利權(quán)）人: 上海威固信息技術(shù)股份有限公司
• 主分類號: G11C29/44
• 分類號: G11C29/44
• 代理公司: 上海海貝律師事務(wù)所 31301
• 代理人: 王文鋒

本發(fā)明公開了一種三維閃存層間錯(cuò)誤率模型及評估方法。三維閃存以大容量、高性能等特性而被廣泛應(yīng)用于固態(tài)硬盤中。但由于工藝制程及物理機(jī)理影響，三維閃存在不同層間有明顯的可靠性差異，主要表現(xiàn)為隨堆疊層的增加其錯(cuò)誤率具有特定變化規(guī)律。針對三維閃存層間錯(cuò)誤率建模，可以更有效地了解閃存特性、優(yōu)化數(shù)據(jù)布局，預(yù)測數(shù)據(jù)壽命。本發(fā)明對三維閃存層間錯(cuò)誤率與編程/擦除次數(shù)、數(shù)據(jù)保存時(shí)間、字線編號進(jìn)行建模。該模型對三維閃存層的錯(cuò)誤率進(jìn)行評估，為數(shù)據(jù)布局優(yōu)化、數(shù)據(jù)壽命預(yù)測提供信息，有助于設(shè)計(jì)更可靠、更長效的閃存存儲系統(tǒng)。本發(fā)明對固態(tài)硬盤可靠性提升、成本降低及相關(guān)工業(yè)應(yīng)用具有重大意義。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于計(jì)算機(jī)存儲領(lǐng)域，更具體地，涉及一種三維閃存層間錯(cuò)誤率模型及評估方法。

背景技術(shù)

在過去的十年中，以機(jī)械硬盤為基礎(chǔ)的存儲設(shè)備是存儲領(lǐng)域的主流設(shè)備，但是以閃存為存儲介質(zhì)的固態(tài)硬盤由于其低能耗，高可靠性，低訪問延時(shí)，正在快速的發(fā)展，逐漸蠶食機(jī)械硬盤的市場份額。特別是近年來，三維閃存技術(shù)使存儲容量迅猛增加，價(jià)格快速下降，但在大規(guī)模存儲系統(tǒng)中，固態(tài)硬盤同樣面臨的可靠性問題。

三維閃存每個(gè)塊包含若干堆疊層，如比較成熟的64層、96層以及未來的128層或更高。每個(gè)層包含若干字線，每個(gè)字線包含若干個(gè)類型的閃存頁。由于閃存架構(gòu)、堆疊工藝和物理結(jié)構(gòu)的影響，不同層所受的干擾與物理效應(yīng)也不同，最終表現(xiàn)為層間性能、可靠性的差異。隨著三維堆疊層數(shù)的不斷提升、多比特存儲技術(shù)的演進(jìn)，這種差異變得越來越明顯，部分層的數(shù)據(jù)保存能力變得奇差。層間的可靠性差異可以用字線的錯(cuò)誤率或頁的錯(cuò)誤率來刻畫，對層間可靠性差異進(jìn)行建模有助于優(yōu)化數(shù)據(jù)布局，預(yù)測數(shù)據(jù)壽命等。因此，隨著現(xiàn)有及未來更高堆疊層次的三維閃存日益復(fù)雜的特性和由層間差異帶來的嚴(yán)峻問題，建立層間錯(cuò)誤率模型并評估，對固態(tài)硬盤中的數(shù)據(jù)分布優(yōu)化、存儲成本降低、可靠性保障具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容

針對以上需求與閃存特性研究，本發(fā)明提供了一種三維閃存層間錯(cuò)誤率模型及評估方法，其目的在于，根據(jù)三維閃存層間錯(cuò)誤率關(guān)系，將層間差異量化，通過模型可以評估任一字線在不同編程/擦除次數(shù)和數(shù)據(jù)保存時(shí)間組合條件下的錯(cuò)誤率，借以對預(yù)測錯(cuò)誤率較高的字線進(jìn)行優(yōu)化，保證固態(tài)硬盤的數(shù)據(jù)可靠性。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種三維閃存層間錯(cuò)誤率模型及評估方法，包括以下步驟：

(1)對三維閃存進(jìn)行測試，收集其在不同編程/擦除次數(shù)、數(shù)據(jù)保存時(shí)間各個(gè)頁的錯(cuò)誤率數(shù)據(jù)；

(2)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，將步驟(1)中不同塊的數(shù)據(jù)錯(cuò)誤率的平均值作為該組合條件下的錯(cuò)誤率(Bit Error Rate，BER)，如BER(pe,rt,pg)表示在pe次編程/擦除下經(jīng)過rt時(shí)間后第pg頁的錯(cuò)誤率；

(3)分析統(tǒng)計(jì)結(jié)果；

(4)選用適當(dāng)模型以匹配該統(tǒng)計(jì)結(jié)果，如r＝F(pe,rt,wl)，其中pe表示編程/擦除次數(shù)，rt表示數(shù)據(jù)保存時(shí)間，wl表示字線編號，r表示錯(cuò)誤率；

(5)代入步驟(2)中的數(shù)據(jù)，求得模型參數(shù)表；

(6)將要評估的字線wl'及相應(yīng)的編程/擦除次數(shù)pe'、數(shù)據(jù)保存時(shí)間rt'輸入模型，通過參數(shù)表運(yùn)行模型得到錯(cuò)誤率r'。

本發(fā)明包含模型建立模塊和錯(cuò)誤率評估模塊：其中步驟(1)至(5)為模型建立模塊；步驟(6)為錯(cuò)誤率評估模塊。

在本發(fā)明中，步驟(1)的測試包括以下步驟：

a)在三維閃存芯片中隨機(jī)挑選一批未經(jīng)過任何編程/擦除操作的塊，不能有壞塊；

b)對這批塊劃分為多個(gè)集合，每個(gè)集合分別進(jìn)行不同檔的編程/擦除操作，讀取每個(gè)頁面并記錄其每個(gè)頁的錯(cuò)誤率，如BER(1,0,pg)、BER(1000,0,pg)、BER(2000,0,pg)等；