苛刻環(huán)境下大容量高速存儲系統(tǒng)蘊藏著巨大的潛在應用價值，為了克服MLC型固態(tài)存儲系統(tǒng)自身局限，提高大容量固態(tài)存儲系統(tǒng)的響應速度，本研究課題主要通過建立轉(zhuǎn)換層新機制與算法來解決上述問題。 首先，設計了一款稱為BlogFTL的FTL，在BLOG中我們有效的降低了過度的廢棄塊收集。同時，我們還提出了一個稱為reduced-order merge的局部合并操作。以便最大化利用日志模塊中的有效頁碼和降低不必要的擦除操作。實驗表明該方法從根本上解決傳統(tǒng)閃存轉(zhuǎn)換層在多層儲存單元型固態(tài)存儲系統(tǒng)上應用失效或者效率低下的問題，實現(xiàn)存儲系統(tǒng)在較小的內(nèi)存開銷下獲得快速響應能力。其次，為了解決NAND FLASH由于局部頁面刷新所導致空閑頁和頻繁垃圾收集的早期損耗，壽命縮短等問題，我們提出了叫FTL2的一種混合FTL方法。在FTL2中同時采用了記錄和映射的技術，以解決由于局部頁面頻繁更新所造成的在FLASH使用過程中出現(xiàn)的耐久度問題和性能退化等問題。實驗結果表明，F(xiàn)TL2可以大大減少頁面寫入，用很小代價推遲垃圾收集工作。第三，提出了一種新的磨損均衡方案，稱為DHeating (Dispersed Heating)，來解決FLASH存儲器熱平衡的問題。在DHeating中，我們能分散擦除，避免由于加熱引起的集中電力中斷的問題。通過該技術實現(xiàn)了FLASH使用壽命的延長。第四，為了大大減少擦除操作所花費的時間以及降低合并操作中有效頁復制的開銷，我們提出了新的I/O優(yōu)化技術，用來確定文件系統(tǒng)的元數(shù)據(jù)，這種優(yōu)化技術能夠?qū)崿F(xiàn)在VM圖像文件中存儲和不斷的更新。然后這些數(shù)據(jù)被存儲在一個小的、附加的非易失性存儲器中，這樣提高閃存的性能同時延長使用壽命。最后，在課題研究過程中，我們還開展了對于新興的NVMS（非易失性存儲器）的相關研究工作。 I/ O開銷已經(jīng)成為基于NAND閃存的存儲設備主要的性能瓶頸之一。新型NVMS，諸如PCM（相變存儲器）和STT-RAM（自旋轉(zhuǎn)移矩隨機存取存儲器），可以提供快速的讀/寫操作。在課題中，我們提出了一個統(tǒng)一的NVM/閃存架構，以提高I/O性能。另外還提出PCM/DRAM的混合主內(nèi)存架構。該構架充分利用這兩個存儲器的性能優(yōu)勢,減少能源消耗同時確保應用程序的實時性。 綜上所述，本項目除了按原申請書中研究計劃圓滿完成預定目標外，增加了一些新內(nèi)容的研究，這些新內(nèi)容均是本項目內(nèi)容的擴展。 2100433B

苛刻環(huán)境下大容量高速存儲系統(tǒng)蘊藏著巨大的潛在應用價值。由于苛刻環(huán)境存在熱應力、振動、沖擊、真空、電磁輻射等惡劣條件，傳統(tǒng)的機電結構存儲設備以及磁性存儲系統(tǒng)已經(jīng)無法可靠工作，因此，大容量高速固態(tài)存儲系統(tǒng)已成為眾多應用的核心支撐技術。為了克服多層儲存單元型固態(tài)存儲系統(tǒng)自身只能進行順序?qū)懭牒筒糠志幊痰木窒蓿岣叽笕萘抗虘B(tài)存儲系統(tǒng)的響應速度，本研究擬通過建立轉(zhuǎn)換層新機制與算法的方法，構建多層儲存單元型固態(tài)存儲系統(tǒng)地址映射模型、垃圾回收模型、耗損平衡模型；根據(jù)雙門限檢測和可中斷垃圾回收機制，減少有效數(shù)據(jù)頁的拷貝操作，確保系統(tǒng)平均響應時間較短，并盡可能的平衡每個數(shù)據(jù)塊的擦除次數(shù)，延長芯片的使用壽命，從根本上解決傳統(tǒng)閃存轉(zhuǎn)換層在多層儲存單元型固態(tài)存儲系統(tǒng)上應用失效或者效率低下的問題，實現(xiàn)存儲系統(tǒng)在較小的內(nèi)存開銷下獲得快速響應能力。最后，我們將通過實驗和理論分析的手段評價和比較所設計機制與算法的性能。

慧榮是全球主要NAND Flash控制芯片供應商，包括快閃記憶卡、隨身碟、固態(tài)硬碟(SSD)等，之后更以合并韓國公司的方式跨入移動通信系統(tǒng)單芯片領域。

中文名

慧榮

概述

主要NAND Flash控制芯片供應商

包括

快閃記憶卡、隨身碟

出貨高峰

落在2008年第1季

慧榮近3年來的出貨高峰落在2008年第1季，當時1季出貨量超過1億顆，2009年受到NAND Flash芯片短缺的影響，出貨量呈現(xiàn)下滑，2009年第4季控制芯片出貨量達7,000萬顆，隨身碟和快閃記憶卡應用超過 90%。 2008年期間，慧榮在全球快閃記憶卡市場的市占率約40%，2008年約30%。由于NAND Flash大廠跨足生產(chǎn)制造成卡的效應，使得下游記憶卡廠和模塊廠都直接向NAND Flash大廠購買成卡，因此對于控制芯片的需求銳減。在純控制芯片角色生存難度大增加，慧榮的策略是強化與NAND Flash大廠間的合作。

慧榮出貨的控制芯片以支持40奈米和30奈米制程為主，三星電子(Samsung Electronics)、東芝(Toshiba)、海力士(Hynix)等也都要從40奈米世代進入30奈米世代，下半年更要進入20奈米世代，慧榮看好20奈米時代來臨可進一步驅(qū)動SSD需求成長，因此日前已提前準備20奈米制程技術。

存儲單元分為兩類：SLC（Single-Level Cell 單層單元）和MLC（Multi-Level Cell多層單元）。此外，SLC閃存的優(yōu)點是復寫次數(shù)高達100000次，比MLC閃存高10倍。此外，為了保證MLC的壽命，控制芯片都校驗和智能磨損平衡技術算法，使得每個存儲單元的寫入次數(shù)可以平均分攤，達到100萬小時故障間隔時間(MTBF)。

對MLC和SLC兩大架構現(xiàn)在網(wǎng)上存在一個普遍的認識誤區(qū)，那就是大家都認為MLC架構的NAND閃存是劣品，只有SLC架構的NAND閃存才能在質(zhì) 量上有保障。我們先來回憶一下MLC的發(fā)展歷程以及SLC目前的發(fā)展狀況再來給這個假設做定論吧。

MLC技術開始升溫應該說是從2003年2月東芝推出了第一款MLC架構NAND Flash開始，當時作為NAND Flash的主導企業(yè)三星電子對此架構很是不屑，依舊我行我素大力推行SLC架構。第二年也就是2004年4月東芝接續(xù)推出了采用MLC技術的4Gbit和 8Gbit NAND Flash，顯然這對于本來就以容量見長的NAND閃存更是如虎添翼。三星電子長期以來一直倡導SLC架構，聲稱SLC優(yōu)于 MLC，但該公司于2004和2005年發(fā)表的關于MLC技術的ISSCC論文卻初步顯示它的看法發(fā)生了轉(zhuǎn)變。三星在其網(wǎng)站上仍未提供關于MLC閃存的任 何營銷材料，但此時卻已經(jīng)開發(fā)出了一款4Gbit的MLC NAND閃存。該產(chǎn)品的裸片面積是156mm2，比東芝的90nm工藝MLC NAND閃存大 了18m㎡。兩家主流NAND閃存廠商在MLC架構上的競爭就從這時開始正式打響了。除了這三星和東芝這兩家外，現(xiàn)在擁有了英特爾MLC技術的IM科技公司更是在工藝和MLC上都希望超越競爭對手，大有后來者居上的沖勁。MLC技術的競爭就這樣如火如荼地進行著。

另一方面我們再來看看SLC技術，存取原理上SLC架構是0和1兩個充電值，即每Cell只能存取1bit數(shù)據(jù)，有點兒類似于開關電路，雖然簡單但卻 非常穩(wěn)定。如同電腦的CPU部件一樣，要想在一定體積里容納更多的晶體管數(shù)，就必須提高生產(chǎn)工藝水平，減小單晶體管體積。目前SLC技術受限于低硅效率問 題，要想大幅度提高制程技術就必須采用更先進的流程強化技術，這就意味著廠商必須更換現(xiàn)有的生產(chǎn)設備，投入大不說而且還是個無底洞。而MLC架構可以一次 儲存4個以上的充電值，因此擁有比較好的存儲密度，再加上可利用現(xiàn)有的生產(chǎn)設備來提高產(chǎn)品容量，廠商即享有生產(chǎn)成本上的優(yōu)勢同時產(chǎn)品良率又得到了保證，自然比SLC架構更受歡迎。

既然MLC架構技術上更加先進，同時又具備成本和良率等優(yōu)勢，那為什么遲遲得不到用戶的認同呢。除了認識上的誤區(qū)外，MLC架構NAND Flash 確實存在著讓使用者難以容忍的缺點，但這都只是暫時的。為了讓大家能更直觀清楚地認識這兩種架構的優(yōu)缺點，我們來做一下技術參數(shù)上的對比。

首先是存取次數(shù)。MLC架構理論上只能承受約1萬次的數(shù)據(jù)寫入，而SLC架構可承受約10萬次，是MLC的10倍。這其中也存在一個誤區(qū)，網(wǎng)上很多媒體都有寫MLC和SLC知識普及的文章，筆者一一拜讀過，可以說內(nèi)容不夠嚴謹，多數(shù)都是你抄我我抄你，相互抄來抄去，連錯誤之處也都完全相同，對網(wǎng)友很不負責。就拿存取次數(shù)來說吧，這個1萬次指的是數(shù)據(jù)寫入次數(shù)，而非數(shù)據(jù)寫入加讀取的總次數(shù)。數(shù)據(jù)讀取次數(shù)的多寡對閃存壽命有一定影響，但絕非像寫入那樣嚴重，這個壽命值正隨著MLC技術的不斷發(fā)展和完善而改變著。MLC技術并非一家廠商壟斷，像東芝（Toshiba）已生產(chǎn)了好幾代MLC架構NAND閃存，包括前不久宣布和美國SanDisk公司共同開發(fā)的采用最先進56nm工藝的16Gb（2gigabyte）和 8Gb（1gigabyte）MLC NAND閃存，16Gb是單芯片的業(yè)內(nèi)最大容量。

東芝在MLC閃存設計方面擁有經(jīng)驗與技術，去年東芝利用90nm工藝與三星的73nm產(chǎn)品競爭。東芝90nm MLC閃存的位密度達 29 Mbits/ mm2，超過了三星的73nm閃存（位密度為25.8 Mbits/mm2）。對于給定的存儲密度，東芝閃存的裸片面積也比三星的要小。例如東芝的4-Gbit 90nm NAND裸片面積是138 mm2，而三星的4-Gbit 73nm NAND裸片面積是156 mm2，這使東 芝在成本方面更具競爭力。三星方面現(xiàn)在正奮起直追，與東芝之間的競爭異常激烈。再加上IMFT、海力士等廠商的參與，MLC技術發(fā)展勢頭迅猛，今天 MLC NAND Flash寫壽命還只有1萬次，明天也許就會是2萬次、3萬次甚至達到與SLC同等級別的10萬次，這是完全有可能的。

拿MLC NAND Flash的寫壽命我們一起來算筆帳，假如近期筆者購買了一款2GB容量MP3播放器，閃存是東芝產(chǎn)的MLC架構 NAND Flash，理論上只能承受約1萬次數(shù)據(jù)寫入。筆者是個瘋狂的音樂愛好者，每天都要更新一遍閃存里的歌曲文件，這樣下來一年要執(zhí)行365次數(shù)據(jù)寫入，1萬次可夠折騰至少27年的，去除7年零頭作為數(shù)據(jù)讀取對閃存壽命的損耗，這款MP3播放器如果其它部件不出問題筆者就可以正常使用至少20年。 20年對于一款電子產(chǎn)品有著怎樣的意義？就算筆者戀舊，也不可能20年就用一款MP3播放器吧。況且就算是SLC架構，閃存里的數(shù)據(jù)保存期限最多也只有 10年，1萬次的數(shù)據(jù)寫入壽命其實一點兒也不少。

其次是讀取和寫入速度。這里仍存在認識上的誤區(qū)，所有閃存芯片讀取、寫入或擦除數(shù)據(jù)都是在閃存控制芯片下完成的，閃存控制芯片的速度決定了閃存里數(shù)據(jù) 的讀取、擦除或是重新寫入的速度。可能你會拿現(xiàn)成的例子來辯駁，為什么在同樣的控制芯片、同樣的外圍電路下SLC速度比MLC快。首先就MLC架構目前與 之搭配的控制技術來講這點筆者并不否認，但如果認清其中的原因你就不會再說SLC在速度方面存在優(yōu)勢了。SLC技術被開發(fā)的年頭遠早于MLC技術，與之相 匹配的控制芯片技術上已經(jīng)非常成熟，筆者評測過的SLC產(chǎn)品數(shù)據(jù)寫入速度最快能達到9664KB/s（ KISS KS900），讀取速度最快能達到13138KB/s（ mobiBLU DAH-1700）， 而同樣在高速USB2.0接口協(xié)議下寫入速度最慢的還不足1500KB/s，讀取速度最慢的也沒有超過2000KB/s。都是SLC閃存芯片，都是高速 USB2.0接口協(xié)議，為什么差別會如此大。筆者請教了一位業(yè)內(nèi)資深設計師，得到的答案是閃存控制芯片效能低，且與閃存之間的兼容性不好，這類產(chǎn)品不僅速 度慢而且在數(shù)據(jù)操作時出錯的概率也大。這個問題在MLC閃存剛投入市場時同樣也困擾著MLC技術的發(fā)展，好在去年12月我們終于看到了曙光。這就是擎泰科技（Skymedi Corporation）為我們帶來的新一代高速USB2.0控制芯片SK6281及SD 2.0/MMC 4.2的combo快閃 記憶卡控制芯片SK6621，在MLC NAND閃存的支持與速度效能上皆有良好表現(xiàn)。其所支持的MLC芯片已經(jīng)達到了Class4的傳輸速度。

MLC NAND Flash自身技術的原因，只有控制芯片效能夠強時才能支持和彌補其速度上的缺點，支持MLC制程的控制芯片需要較嚴格的標準，以充分發(fā)揮NAND閃存芯片的性能。擎泰科技所推出的系列控制芯片經(jīng)過長時間可靠性測試及針對不同裝置兼容性進行的比對較正，已能支持目前市場主流的MLC 閃存，如英特爾JS29F16G08CAMB1、JS29F08G08AAMB1，三星K9G4G08U0A、K9G8G08U0M、 K9LAG08U0M、K9HBG08U1M，東芝TC58NVG2D4CTG00、TC58NVG3D4CTG00、TH58NVG4D4CTG00， 美光（Micron）、海力士（Hynix）等等。此外，藉由良好的韌體設計，可大幅提升性能，達到最高的存取速度，例如：SK6621支持MLC可到 Class4水準，其所支持SLC皆可支持到Class6的傳輸速度。SK6281還達到了Vista ReadyBoost速度的需求 （Enhanced for Windows ReadyBoost），且支持單顆MLC時可達22MB/s的讀取速度及6MB/s的寫入速度，綜合下來 并不比SLC慢多少。你手上的MP3播放器USB傳輸速度慢并不全是因為閃存芯片采用了MLC架構，它與控制芯片的關系要更加密切一些。

第三是功耗。SLC架構由于每Cell僅存放1bit數(shù)據(jù)，故只有高和低2種電平狀態(tài)，使用1.8V的電壓就可以驅(qū)動。而MLC架構每Cell需要存 放多個bit，即電平至少要被分為4檔（存放2bit），所以需要有3.3V及以上的電壓才能驅(qū)動。最近傳來好消息，英特爾新推出的65納米MLC寫入速 度較以前產(chǎn)品提升了二倍，而工作電壓僅為1.8V，并且憑借低功耗和深層關機模式，其電池使用時間也得到了延長。

第四是出錯率。在一次讀寫中SLC只有0或1兩種狀態(tài)，這種技術能提供快速的程序編程與讀取，簡單點說每Cell就像我們?nèi)粘Ｉ钪惺褂玫拈_關一樣， 只有開和關兩種狀態(tài)，非常穩(wěn)定，就算其中一個Cell損壞，對整體的性能也不會有影響。在一次讀寫中MLC有四種狀態(tài)（以每Cell存取2bit為例）， 這就意味著MLC存儲時要更精確地控制每個存儲單元的充電電壓，讀寫時就需要更長的充電時間來保證數(shù)據(jù)的可靠性。它已經(jīng)不再是簡單的開關電路，而是要控制 四種不同的狀態(tài)，這在產(chǎn)品的出錯率方面和穩(wěn)定性方面有較大要求，而且一旦出現(xiàn)錯誤，就會導致2倍及以上的數(shù)據(jù)損壞，所以MLC對制造工藝和控制芯片有著更 高的要求。目前一些MP3主控制芯片已經(jīng)采用了硬件4bit ECC校驗，這樣就可以使MLC的出錯率和對機器性能的影響減小到最低。

第五是制造成本。為什么硬盤容量在成倍增大的同時生產(chǎn)成本卻能保持不變，簡單點說就是在同樣面積的盤片上存儲更多的數(shù)據(jù)，也就是所謂的存儲密度增大 了。MLC技術與之非常類似，原來每Cell僅存放1bit數(shù)據(jù)，而現(xiàn)在每Cell能存放2bit甚至更多數(shù)據(jù)，這些都是在存儲體體積不增大的前提下實現(xiàn)的，所以相同容量大小的MLC NAND Flash制造成本要遠低于SLC NAND Flash。

綜上所述，MLC技術是今后NAND Flash的發(fā)展趨勢，就像CPU單核心、雙核心、四核心一樣，MLC技術通過每Cell存儲更多的bit來實 現(xiàn)容量上的成倍跨越，直至更先進的架構問世。而SLC短期內(nèi)仍然會是市場的佼佼者，但隨著MLC技術的不斷發(fā)展和完善，SLC必將退出歷史的舞臺。

SLC(信令鏈路編碼)

某個方向上的信令鏈路一般都編成一個組，叫信令鏈路組。這條信令鏈路在這個組中的號碼就是SLC。SLC號是做數(shù)據(jù)的時候工程人員定義的。

《節(jié)能管理與新機制篇》為您描述能源與環(huán)境是當今時代人類面臨的共同問題。我國人口眾多，能源資源相對不足，生態(tài)環(huán)境脆弱，目前正處于工業(yè)化、城鎮(zhèn)化加快發(fā)展的重要階段，能源資源的消耗強度高，消費規(guī)模不斷擴大，能源供需矛盾越來越突出，解決我國能源環(huán)境問題，根本出路是走建設資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會的可持續(xù)發(fā)展之路。