复合型闪存固态盘制造技术

本实用新型专利技术公开了一种复合型闪存固态盘，该实用新型专利技术可扩展闪存阵列结构，可以保持像ＭＬＣ闪存芯片组成的闪存系统的大容量的特点，又可以具有像ＳＬＣ闪存芯片组成的闪存系统的高可靠性和高性能的特点，使闪存系统的性能价格比达到最佳；同时可以最佳的分配系统区和用户区，即用户区由所有ＭＬＣ闪存芯片组成，系统区由所有ＳＬＣ闪存芯片组成，系统区通常用于储存重要数据。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及半导体存储领域，更具体的来讲，涉及MLC(多层式储存即Multi Level Cell)与SLC(单层式储存即Single Level Cell)闪存的闪存固态盘。
技术介绍
闪存因为其具有高密度、大容量、较低的读写操作耗时，非易失性等特点而越来越 广的被用于各种领域；和机械磁盘相比，使用闪存固态盘的一个主要好处在于它本身的优 越的抗震动性，另一个主要好处在于它的显著改善的系统性能，主要表现在更快的随机存 取速度(每秒10兆字节)，同时它只需更低的耗电量，并可应用在更大的操作温度范围。但 是，闪存芯片自身存在的一些缺陷限制了这类存储器的应用。其一，由于闪存芯片单片密度 (通常只有几千个兆字节)还是远远小于机械磁盘(通常几十万个兆字节)，所以大容量的 闪存固态盘必须由很多闪存芯片(闪存阵列)组成，才可以用来作为主要数据存储器，以替 代机械磁盘。 尽管现有闪存固态盘的存取速度已经比机械磁盘快了很多，但单片闪存芯片或单 个闪存总线的读写速度大约受限于每秒25兆字节，同存储媒体的接口技术(光纤接口每秒 200至400兆字节，串行ATA接口每秒150至300兆字节，串行SCSI接口每秒300至600兆 字节)相比，还相差甚远。另外，在写闪存芯片之前，闪存芯片必须被擦除并确认其成功的 擦除，写闪存芯片相对比较慢，这也会显著的降低系统的性能。 闪存芯片有SLC(Single Level Cell)和MLC(Multi-Level Cell) 二种，SLC的每 个储存单元只储存1比特信息，而MLC的每个储存单元可以储存2或更多比特信息，2比特 的MLC闪存芯片比较常见。在设计上，SLC闪存和MLC闪存很相近，但利用charge placement 技术，其原理是将两个位的信息存入一个浮动栅(Floating Gate，闪存存储单元中存放电 荷的部分)，然后利用不同电位的电荷，透过内存储存格的电压控制精准读写，在同样大小 的硅晶圆片上，MLC闪存的储存容量可以是SLC闪存容量的两倍，MLC闪存的单位成本价格 更低。SLC闪存和MLC闪存的读取速度很接近，因为闪存读取是用电压比较器来比较输出 电压和一个域值，其速度不受SLC和MLC结构的影响。但MLC的写入速度要远远慢于SLC。 由于MLC闪存Si材料性能的下降，SLC闪存的耐久性是MLC闪存的十倍，所以，MLC闪存通 常被用作消费类的储存器，而SLC闪存被用于工业级的储存器。 闪存芯片由多个块存储单元组成，而每个块存储单元由多个页存储单元组成。闪 存芯片的擦除以闪存块为单元，而读写则以闪存页为单元。每个闪存块单元只有有限的擦 除和写入的次数，这次数基本上决定了闪存固态盘的寿命。所以， 一个闪存系统通常采用一 种均衡算法，致使闪存芯片内的所有闪存块具有大约一致的擦除和写入次数，以避免过分 擦除和写入部分闪存块，从而达到延长闪存固态盘寿命的目的。 闪存芯片的某些块单元可能在闪存厂家出厂时已受到损坏，不能用来存储数据， 在闪存芯片的使用过程中，也可能受到损坏，所以，一个闪存系统通常需要管理受到损坏的 闪存块单元。闪存系统需要有效的管理闪存阵列，以提高闪存固态盘的性能和容量， 并同时提高可靠性和寿命。 正在申请的美国专利(60,875,328)提供了一种有效的闪存阵列管理办法。该专 利系统主要包括一个微处理器、闪存阵列控制器、内部高速缓存和闪存芯片阵列。不同的闪 存控制器用来控制不同的闪存列，而每个闪存控制器用一个共享的闪存总线，通过芯片片 选来控制这列之内的所有行闪存芯片。 这类闪存阵列通常由同种闪存芯片组成，或是SLC、或是MLC。SLC组成的闪存阵列 可以提供更高的可靠性和更长的寿命，但其储存容量较小；MLC组成的闪存阵列可以提供 比较大的容量，但其可靠性较差，寿命较短。 有很多现有的专利技术运用同类闪存芯片来设计储存系统。 闪存芯片阵列的管理通常由许多管理表格组成，如本专利的申请者正在申请的美 国专利(60,875,328)中所述。该管理系统采用了诸多的闪存数据管理表格，这包括以下表 格 1 、逻辑地址到物理地址之影射表 2、物理地址表，用于管理闪存块单元的均衡算法 3、闪存块擦除队列，用于存储将需要擦除的闪存块单元 4、闪存块就绪队列，用于存储可以写入新数据的闪存块单元 5、冗余闪存块清单，用于替换损坏的闪存块单元 6、损坏的闪存块单元清单，用于管理已损坏的闪存块单元 由于主机用逻辑地址对数据进行块操作，闪存管理系统对主机的文件系统没有任 何维护，所以，闪存数据管理表格任何损坏，可能损坏诸多的系统或用户文件。在一个闪存 管理系统中， 一个很重要的任务就是维护好闪存数据管理表格，使之不受到损坏，或是如果 受到损坏，闪存管理系统应该提供一种办法可以恢复受到损坏的表格。维护好闪存数据管 理表格，对提高闪存固态盘的可靠性起着决定性的作用。 由于闪存内部和外部的因素，闪存块存储单元在使用过程中会受到损坏，其错码 率可能超过ECC的纠错能力，甚至会受到永久的损坏，在此情况下，软件将读取不到正确的 闪存数据管理表格。SLC闪存芯片通常用于要求高性能、高可靠性和长寿命的领域，但单位 价格相对较高、容量较小；MLC闪存芯片通常多用于对单位价格比较敏感的领域。使用SLC 架构的闪存固态盘虽然在使用性能上具有一定的优势，但是制造成本较高，同时容量比较 小；而使用MLC构架虽然具有成本低廉、单片容量较SLC成倍增大，但是MLC的写入速度要 慢于SLC，同时由于闪存Si材料性能的下降，MLC的使用期限没有SLC长。因此如何在控制 成本的前提下，进一步增加闪存固态盘的容量并提高可靠性便成为本领域需研究解决的问 题。
技术实现思路
本技术要解决的技术问题是提供一种复合型闪存固态盘，其可以在控制成本 的前提下，进一步增加复合型闪存固态盘的容量并具有高可靠性和更长的使用寿命。 为解决上述技术问题，本技术所述的复合型闪存固态盘是一种由MLC闪存 芯片和SLC闪存芯片混合组成的大容量闪存系统，其包括通过闪存总线连接的至少一个4微处理器，至少一个主机接口 ，至少一个内部缓存，多个闪存控制器和闪存芯片阵列，闪存 阵列被分成数行数列，不同闪存控制器控制不同的闪存列，而每个闪存控制器用一个共享 的闪存总线，通过芯片片选控制这列之内的所有行闪存芯片，所述闪存芯片的阵列是N列 M+P (M， N， P皆为自然数)行的结构，其中N列M行闪存芯片由MLC闪存芯片组成，第M+l行 至第M+P行由SLC闪存芯片组成。 作为本技术的一种优选方案，所述闪存芯片的阵列为N列M+l行，N列M行闪 存芯片由MLC闪存芯片组成，第M+l行由SLC闪存芯片组成。 作为本技术的一种优选方案，所述N列M行的MLC闪存芯片作为用户区，其余 SLC闪存芯片作为系统区。 作为本技术的一种优选方案，所述N列M行的MLC闪存芯片使用连续的低位 地址空间，其余SLC闪存芯片使用连续的高位地址空间。 作为本技术的一种优选方案，所述的闪存芯片的行数与列数为2的指数次 本技术主要用于以下闪存存储装置，这包括一个微处理器、一个或多个主机 接口、内部高速缓存、多个闪存控制器和闪存芯片阵列。闪存存储装置通过本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种复合型闪存固态盘，包括通过闪存总线连接的至少一个微处理器，至少一个主机接口，至少一个内部缓存，多个闪存控制器和闪存芯片阵列，闪存阵列被分成数行数列，不同闪存控制器控制不同的闪存列，而每个闪存控制器用一个共享的闪存总线，通过芯片片选控制这列之内的所有行闪存芯片，其特征在于：所述闪存芯片的阵列是Ｎ列Ｍ＋Ｐ行的结构，Ｍ，Ｎ，Ｐ皆为自然数，其中Ｎ列Ｍ行闪存芯片由ＭＬＣ闪存芯片组成，第Ｍ＋１行至第Ｍ＋Ｐ行由ＳＬＣ闪存芯片组成。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：庄志青，黄明，
申请(专利权)人：常州南基天盛科技有限公司，苏州亮智科技有限公司，
类型：实用新型
国别省市：32[中国|江苏]