[发明专利]一种消除TLC闪存多片编程失败的方法

说明书

本发明公开了一种消除TLC闪存多片编程失败的方法，其特征在于将TLC闪存中预先分配若干块作为缓存块，将该缓存块强制转换为SLC模式，主机写入的数据先写入缓存块中，硬盘控制器后台在系统空闲时启动多片并行写入模式，将缓存块中的数据并行写入，当其中一个片发生写入错误时，在写入完成后需增加校验与发生错误时并行写入的其它块数据的正确性，如果发生错误需重新从缓存块中获取正确数据，并重新写入。通过开辟一部分SLC block作为闪存cache，将主机数据先写入SLC block，然后SSD空闲时，固件将SLC cache中数据启用多片编程写入TLC block，如果发生多片编程失败，可将SLC cache中源数据重新写入新物理地址，该技术可保证闪存上写入数据的正确性，且不影响主机性能。

技术领域

本发明涉及存储技术领域，尤其涉及一种消除TLC闪存多片编程失败的方法。

背景技术

常见的闪存(Nand Flash)，内部只有一个芯片(chip)，每个chip只有一个片(plane)，而有些复杂的，容量更大的闪存，内部有多个芯片，每个芯片有多个片，如图1所示。这类的闪存，往往也有更加高级的功能，比如多片编程(Multi Plane Program)功能。

闪存的芯片执行命令是串行的，即每一次只能执行一次命令(读，写或擦除)，为了提升大容量(本专利特指单芯片中封装多个plane的情况)闪存的性能，颗粒厂商提供多片(本专利中以2 plane为例)编程的接口，如图2所示，SSD(固态硬盘)控制器将2个页的数据写入到闪存时需要指定芯片地址以及每个plane中的物理页地址，这样闪存就可以在一次操作中写入2个物理页的数据量，大大提升了写性能，当这2个写操作都完成后，闪存芯片向SSD控制器分别报告两个plane中物理页的写结果状态(成功或失败)。

当前TLC(Trinary-Level Cell)闪存的多片编程功能存在一个问题，当其中一个plane存在坏块时，多片编程后芯片向SSD控制器报告一个写失败(坏块所在的plane)和一个写成功的状态，但实际上两个plane中的物理页上的数据都写错了。

SSD控制器启用多片编程功能，为TLC闪存指定了每个plane中的物理页后，闪存芯片为这2个物理页一起做写(program)操作，写完后向SSD控制器分别上报结果状态。多片编程的写操作本质为闪存中的物理页不断充电子的过程，见图3，直到充入的电子量达到预期值(该值由写入数据决定，该内容不是本专利重点，略过)。但是，如果其中一个物理页处于坏块(Block，闪存擦除的最小单位)中，如图4，假设选择Plane0中物理页2和plane1中物理页3作为多片编程的目标地址，且物理页2所在的块为坏块，那么闪存对物理页2和3会持续尝试注入电子，然后检查电子量是否达到预期值，由于物理页所在块为坏块，其电子量无法注入，闪存会在一定时间T内一直尝试注入电子，同时由于多片编程的特性，物理页3也会被持续注入电子，即使达到了物理页3的预期值后也不会停止，所以这种情况下物理页3会发生过充现象，但是时间T后，闪存芯片向SSD控制器上报的结果为Plane0的物理页2写失败、Plane1的物理页3写成功，这与实际结果不符。SSD控制器获得结果后错误处理任务会将Plane0的物理页2标记为坏块，然后将源数据重写到另一个物理地址，但是Plane1的物理页3上报成功状态，所以SSD控制器不会做错误处理，但是闪存中的数据是错的，后续读该数据会发生错误，且纠错算法很大概率上是纠不回来的。这个问题可以说是TLC闪存本身的设计缺陷。

发明内容

针对以上缺陷，本发明目的在于如何解决在多片并行编程时出现一个坏块会造成并行编程的其它正常块也出现编程失败的问题。