[发明专利]一种三维闪存层间错误率模型及评估方法

说明书

本发明公开了一种三维闪存层间错误率模型及评估方法。三维闪存以大容量、高性能等特性而被广泛应用于固态硬盘中。但由于工艺制程及物理机理影响，三维闪存在不同层间有明显的可靠性差异，主要表现为随堆叠层的增加其错误率具有特定变化规律。针对三维闪存层间错误率建模，可以更有效地了解闪存特性、优化数据布局，预测数据寿命。本发明对三维闪存层间错误率与编程/擦除次数、数据保存时间、字线编号进行建模。该模型对三维闪存层的错误率进行评估，为数据布局优化、数据寿命预测提供信息，有助于设计更可靠、更长效的闪存存储系统。本发明对固态硬盘可靠性提升、成本降低及相关工业应用具有重大意义。

技术领域

本发明属于计算机存储领域，更具体地，涉及一种三维闪存层间错误率模型及评估方法。

背景技术

在过去的十年中，以机械硬盘为基础的存储设备是存储领域的主流设备，但是以闪存为存储介质的固态硬盘由于其低能耗，高可靠性，低访问延时，正在快速的发展，逐渐蚕食机械硬盘的市场份额。特别是近年来，三维闪存技术使存储容量迅猛增加，价格快速下降，但在大规模存储系统中，固态硬盘同样面临的可靠性问题。

三维闪存每个块包含若干堆叠层，如比较成熟的64层、96层以及未来的128层或更高。每个层包含若干字线，每个字线包含若干个类型的闪存页。由于闪存架构、堆叠工艺和物理结构的影响，不同层所受的干扰与物理效应也不同，最终表现为层间性能、可靠性的差异。随着三维堆叠层数的不断提升、多比特存储技术的演进，这种差异变得越来越明显，部分层的数据保存能力变得奇差。层间的可靠性差异可以用字线的错误率或页的错误率来刻画，对层间可靠性差异进行建模有助于优化数据布局，预测数据寿命等。因此，随着现有及未来更高堆叠层次的三维闪存日益复杂的特性和由层间差异带来的严峻问题，建立层间错误率模型并评估，对固态硬盘中的数据分布优化、存储成本降低、可靠性保障具有重要意义。

发明内容

针对以上需求与闪存特性研究，本发明提供了一种三维闪存层间错误率模型及评估方法，其目的在于，根据三维闪存层间错误率关系，将层间差异量化，通过模型可以评估任一字线在不同编程/擦除次数和数据保存时间组合条件下的错误率，借以对预测错误率较高的字线进行优化，保证固态硬盘的数据可靠性。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种三维闪存层间错误率模型及评估方法，包括以下步骤：

(1)对三维闪存进行测试，收集其在不同编程/擦除次数、数据保存时间各个页的错误率数据；

(2)数据统计，将步骤(1)中不同块的数据错误率的平均值作为该组合条件下的错误率(Bit Error Rate，BER)，如BER(pe,rt,pg)表示在pe次编程/擦除下经过rt时间后第pg页的错误率；

(3)分析统计结果；

(4)选用适当模型以匹配该统计结果，如r＝F(pe,rt,wl)，其中pe表示编程/擦除次数，rt表示数据保存时间，wl表示字线编号，r表示错误率；

(5)代入步骤(2)中的数据，求得模型参数表；

(6)将要评估的字线wl'及相应的编程/擦除次数pe'、数据保存时间rt'输入模型，通过参数表运行模型得到错误率r'。

本发明包含模型建立模块和错误率评估模块：其中步骤(1)至(5)为模型建立模块；步骤(6)为错误率评估模块。

在本发明中，步骤(1)的测试包括以下步骤：

a)在三维闪存芯片中随机挑选一批未经过任何编程/擦除操作的块，不能有坏块；

b)对这批块划分为多个集合，每个集合分别进行不同档的编程/擦除操作，读取每个页面并记录其每个页的错误率，如BER(1,0,pg)、BER(1000,0,pg)、BER(2000,0,pg)等；