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Zuverlässigkeit, Lebensdauer und Verschleiß des Flash-Speichers

Zuverlässigkeit, Lebensdauer und Verschleiß des Flash-Speichers


Flash-Speicher hat eine begrenzte Lebensdauer. Dies bedeutet, dass die Zuverlässigkeit und Lebensdauer des Flash-Speichers Probleme sind, die bei der Verwendung berücksichtigt werden müssen.

Als der Flash-Speicher zum ersten Mal eingeführt wurde, gab es eine begrenzte Anzahl von Schreib- / Zykluszyklen, und der Verschleiß des Flash-Speichers war ein bedeutendes Problem.

Jetzt wurden die Herstellungsprozesse erheblich verbessert, und obwohl der Flash-Speicher immer noch eine begrenzte Lebensdauer hat, ist die Anzahl der Schreibzyklen, die er aushalten kann, sehr hoch. Zusammen mit den verwendeten Verschleißausgleichsalgorithmen bedeutet dies, dass die Lebensdauer des Flash-Speichers normalerweise nicht gleich ist Problem.

Grundlagen zum Tragen von Flash-Speichern

Seit Einführung der ersten Flash-Geräte wurden erhebliche Verbesserungen hinsichtlich des Verschleißes des Flash-Speichers vorgenommen. Ursprünglich wurde die Lebensdauer des Flash-Speichers in Form von einigen tausend Programmierlöschzyklen gemessen.

Heutzutage halten die meisten im Handel erhältlichen Flash-Speicher garantiert 100.000 oder mehr Programmlöschzyklen aus, wobei einige Hersteller eine Lebensdauer von über 1.000.000 Zyklen garantieren.

Verschleißmechanismus des Flash-Speichers

Die Lebensdauer des Flash-Speichers ergibt sich aus einem Verschleißmechanismus, der durch die grundlegende Struktur und Technologie des Geräts verursacht wird.

Eine typische Vorrichtungsstruktur ist unten zu sehen, und daraus ist ersichtlich, dass das Gerät verschiedene Schichten und Bereiche aufweist.

Der Verschleißmechanismus für Blitzgeräte tritt aufgrund der Verwendung auf, wodurch sich die Tunneloxidschicht verschlechtert. Obwohl es andere Mechanismen gibt, die zum Ausfall des Geräts führen können, ist es die Verschlechterung der Tunneloxidschicht, die das Problem des Flash-Speicherverschleißes verursacht.

Der Flash-Speicher verwendet einen Prozess namens Kanal-Heißelektroneninjektion zum Programmieren jeder Zelle und das Fowler-Nordheim-Tunneln für den Löschzyklus. Es wurde jedoch festgestellt, dass Elektronen in der Oxidschicht eingeschlossen werden können, und dieses Einfangen von Elektronen im Tunneloxid verringert das elektrische Feld während Löschvorgängen. Dies führt wiederum zu einer allmählichen Verschlechterung der Löschcharakteristika und zum Schließen des Speicherzellenschwellenfensters.

Infolgedessen ist die Ladungsfallen- / Entfangtechnologie der Schlüssel zur Verbesserung der Verschleißmerkmale des Flash-Speichers.

Abnutzung des Flash-Speichers

Um die maximale Nutzung eines Flash-Speichers zu erzielen, wird häufig ein Prozess verwendet, der als Verschleißnivellierung bezeichnet wird. Die Flash-Speicherverschleiß-Nivellierungstechnik ist eine, die in einer Vielzahl von Speicherformen verwendet werden kann, z. Festplatten usw., ist aber auch sehr gut für Flash-Speicher geeignet, wo sie häufig verwendet werden, um die Lebensdauer zu verlängern und die Zuverlässigkeit zu verbessern.

Das Ziel der Funktion zum Abgleichen des Flash-Speicherverschleißes besteht darin, zu verfolgen, welche Blöcke verwendet wurden, und das Programm zu verteilen und die Löschzyklen gleichmäßig über den verfügbaren Speicher zu verteilen. Bei Verwendung der Verschleißausgleichstechniken sollte kein Block wesentlich häufiger verwendet werden als jeder andere, und daher fällt kein einzelner Block aufgrund einer höheren Anzahl von Programmlöschzyklen vorzeitig aus.

Um dies zu erreichen, hat ein Block im Flash-Speicher eine längere Lebensdauer, sodass er zur Verfolgung der Nutzung und zur Steuerung des Verschleißausgleichs verwendet werden kann.

Es werden drei Haupttypen von Verschleißausgleichsmechanismen verwendet:

  • Keine Verschleißnivellierung: Die einfachste Option besteht darin, keine Verschleißnivellierung für den Flash-Speicher zu verwenden. Dieser Ansatz kann unter Umständen akzeptabel sein, unter denen nur eine geringe Verwendung erwartet wird und eine Verringerung der Komplexität von größter Bedeutung ist. Unter diesen Umständen weist der Flash-Speichercontroller die logischen Adressen des Betriebssystems permanent den physischen Adressen des Flash-Speichers zu. Wenn ein Ort geändert wird, muss der Inhalt dieses Blocks gelöscht und dann ohne Intelligenz neu programmiert werden, um die Anzahl der Programmlöschzyklen zu verringern. Dies ist nicht nur zeitaufwändiger, sondern trägt auch nicht dazu bei, den Verschleiß des Flash-Speichers zu verringern.
  • Dynamische Verschleißnivellierung: Die dynamische Verschleißnivellierung verwendet eine Zuordnung, um vom Betriebssystem (OS) generierte logische Blockadressen (LBAs) mit den physischen Flash-Speicherorten zu verknüpfen. Jedes Mal, wenn das Betriebssystem neue Daten schreibt, wird die Zuordnung aktualisiert, sodass der ursprüngliche physische Block als ungültige Daten markiert wird. Ein neuer Block wird dann mit diesem Karteneintrag verknüpft. Jedes Mal, wenn ein Datenblock in den Flash-Speicher neu geschrieben wird, wird er an einen neuen Speicherort geschrieben.

    Es gibt immer noch ein Problem mit dieser Art der Abnutzung des Flash-Speicherverschleißes mit Datenblöcken, die niemals ersetzt werden. Sie bleiben ohne zusätzlichen Verschleiß.

    Der Name für diese Art der Verschleißnivellierung kommt von der Tatsache, dass nur die dynamischen Daten, d. H. Daten, die geändert werden, recycelt werden. Der Speicher kann länger als eins ohne Verschleißausgleich sein, aber es gibt immer noch Datenblöcke, die aufgrund geringer Auslastung funktionsfähig bleiben, lange nachdem der Speicher insgesamt nicht mehr funktionsfähig ist, da einige Bereiche die Anzahl der Programmlöschvorgänge überschritten haben Fahrräder.

  • Statische Verschleißnivellierung: Diese Form der Abnutzung des Flash-Speichers ist die raffinierteste und effektivste. Die statische Verschleißnivellierung verwendet auch eine Karte, um die logischen Blockadressen mit physischen Speicheradressen zu verknüpfen.

    Die statische Verschleißnivellierung funktioniert genauso wie die dynamische Verschleißnivellierung, jedoch mit dem Zusatz, dass Blöcke statischer Daten, d. H. Daten, die sich nicht ändern, periodisch verschoben werden, so dass diese Zellen mit geringer Nutzung von anderen Daten verwendet werden. Durch periodisches Verschieben selbst statischer Daten wird die Nutzung und damit der Verschleiß im gesamten Speicher ausgeglichen.

Die Gesamtleistung des Flash-Speichers wurde in den letzten Jahren erheblich verbessert. Dies bedeutet, dass die Zuverlässigkeit und Lebensdauer eines Flash-Speichers ausreicht, um ihn nicht nur für die kurzfristige Speicherung in Anwendungen wie Speichersticks und Kameraspeicherkarten zu verwenden, sondern auch für anspruchsvollere Anwendungen wie den Austausch von Festplatten in Computern.

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