[发明专利]异构NAND型固态硬盘及提高其性能的方法

说明书

本发明提供一种异构NAND型固态硬盘及提高其性能的方法，该异构NAND型固态硬盘，不仅包含SLC NAND存储器芯片，也包括MLC NAND存储器芯片，还可以包含3D堆叠的NAND存储器芯片，从而可以综合各自优点，弥补各自缺点，在应用范围上更加广泛。同时，本发明还提出了一种提高异构NAND型固态硬盘耐久寿命的方法，根据存储器中不同部分的使用情况，对其进行针对性的调整，并可通过对存储器中的存储空间的刷新周期进行定期的更新，从而使得存储器中的不同区域的擦写情况能够较为平均地分布，进而提高存储器的使用寿命，优化器件对数据的保存能力。

技术领域

本发明涉及半导体器件领域，尤其涉及一种异构NAND型固态硬盘及提高其耐久寿命、数据保持能力的方法。

背景技术

NAND型固态硬盘已经成为目前主流的非易失存储技术，广泛应用于数据中心、个人电脑、手机、智能终端、消费电子等各个领域，而且仍然呈现需求不断增长的局面。NAND型固态硬盘的制造工艺也已经发展到了16nm，从二维的制造工艺向三维的制造工艺转化。目前，128Gb24个单元堆叠的三维NAND芯片以正式投入商业化生产。而16nm128Gb的新型二维NAND芯片，则使用新型的二维单元结构突破传统二维结构尺寸缩小的限制。

一般的NAND存储器可以分为单层单元NAND(SLC，single-level cell)和多层单元NAND(MLC，multi-level cell)。SLC就是一个存储单元存储1bit数据，其特点是成本高、容量小、速度快，可擦写次数(Endurance)高达10万次，比MLC固态硬盘高10倍，数据保持能力(Retention)可长达10年。MLC就是一个存储单元可以存储多个bit数据，目前可以实现每单元存储2bit和3bit数据，其最大特点就是容量大成本低，但是速度慢，耐久寿命也较低，数据保持能力也会下降。由于每个MLC存储单元中存放的资料较多，结构相对复杂，出错的几率会增加，必须进行更多的错误修正(ECC，Error Correction Code)，一些数据保持能力较差的多层单元NAND甚至需要进行周期刷新从而保证数据可靠性，这些动作都会导致其性能大幅落后于结构简单的SLC固态硬盘。NAND固态硬盘的耐久寿命定义为可对其进行最多的编程(Program)和擦除(Erase)操作(P/E cycle)次数。由于工艺和阵列损伤会导致阵列中的错误单元呈现非线性的增加趋势。如图1所示的趋势中，过去曾是主流工艺的单层单元NAND存储器在50nm工艺节点下能够达到10万次擦/除操作，而现在作为主流工艺的每单元2bit的多层单元NAND在20nm工艺节点下只能达到3000次擦/写操作，而更先进的3维制造工艺在同样的工艺节点下只能达到几百次擦/写操作，未来这种情况还会更加严重。为了进行更多的错误修正就需要更多的纠错位数，电路也会更加复杂。SLC和MLC NAND固态硬盘的性能对比如表1所示。根据二者之间性能的差异，SLC和MLC NAND固态硬盘在应用中也差别很大：如果对容量要求不是很大，但对速度和数据安全性要求比较高，一般会采用SLC的NAND固态硬盘，比如服务器中的存储设备、军事领域中；如果对数据可靠性要求不高，但对容量和成本要求较高，那么MLC类型的NAND固态硬盘是首选，例如影音存储设备、优盘等。

表1(√代表优势)

目前对于NAND固态硬盘产品来说都采用单一的制程方法，例如一块NAND固态硬盘中全部采用SLC NAND的存储器芯片，或者全部采用MLC NAND的存储存储器芯片，或者全部采取更先进的3D堆叠技术工艺制成的存储器NAND芯片，容量更大，成本更低，但是存储单元的耐写能力和数据保持时间都会显著下降。

是否存在一种存储器件能够结合这几种NAND型固态硬盘的优点，在达到高容量和低成本的前提下，又能够保证存储单元的耐写能力和数据保持能力以及更快的数据擦写速度，这是业界一直在追求的目标。

发明内容

鉴于上述问题，本发明提供一种异构NAND型固态硬盘及其耐久寿命和数据保持能力的提高方法。