东大等将数据中心用SSD的写入性能提高到原来的2倍

存储器 中国闪存市场 Helan 2009-09-22 09:08
  “数据中心等企业用途的SSD(固态硬盘)需要什么样的NAND闪存?
         我们就是针对这个问题进行开发的。能将SSD的随机写入速度提高到原来的2倍”(东京大学 研究生院 工程学研究科 电气电子工程学科 副教授竹内健)。
  东京大学与日本产业技术综合研究所(产综研)合作开发出了配备有非易失性页面缓冲器的强电介质NAND闪存(Fe-NAND)。现行NAND闪存配备在面向数据中心的SSD上使用时,主要存在三个课题。此次开发的Fe-NAND解决了这些课题。该技术已在2009年6月举行的半导体电路技术国际会议“2009 Symposium on VLSI Circuits”上发表。
     擦写次数达到1亿次
  第一个课题是难以降低耗电量。因为数据的写入和擦去需要20V左右的高电压。而Fe-NAND可将擦写电压降至6V以下。由于工作时的耗电量与电源电压的平方成正比,因此降低电压会带来很大的省电效果。
  Fe-NAND之所以能将擦写电压降至6V以下,是因为革新了原来的工作原理。通常的NAND闪存向存储单元写入数据时,强迫从硅底板吸引来的电子通过通过绝缘膜,进入浮遊栅极。因此,需要20V左右的高电压。而Fe-NAND通过强电介质膜的极化来记忆数据。给栅极印加6V左右的电压时,极化便出现翻转,因此能够比原来的NAND闪存大幅降低电压。
  第二,可擦写次数只有1万次。“数据中心需要擦写10万~100万次”(竹内)。而Fe-NAND可将可擦写次数增至约1亿次。“现已在单元层次上证实,至少可以擦写1亿次”(产综研)。原来的NAND闪存可擦写次数只有1万次,因为通道绝缘膜会随着反复擦写而劣化。基于强电介质膜极化的Fe-NAND则可大幅增加可擦写次数。
        解决数据碎片化问题
  现有NAND闪存在数据中心用SSD上使用时存在的第三个课题是随机写入性能低(图1)。其原因是数据的碎片化。数据碎片化是指在向NAND闪存的页区写入比页码尺寸(4KB左右)小得多的512B左右的数据时,页码尺寸的70~80%不能再用。

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