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Confiabilidade, vida útil e desgaste da memória flash

Confiabilidade, vida útil e desgaste da memória flash


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A memória Flash tem uma vida útil finita. Isso significa que a confiabilidade e a vida útil da memória Flash são questões que precisam ser levadas em consideração ao considerar seu uso.

Quando a memória Flash foi introduzida pela primeira vez, ela tinha um número limitado de gravações / ciclos e o desgaste da memória Flash era um problema significativo.

Agora, os processos de fabricação foram significativamente melhorados e, embora a memória Flash ainda tenha uma vida limitada, o número de ciclos de gravação que ela pode suportar é muito alto e, junto com os algoritmos de nivelamento de desgaste usados, isso significa que a vida da memória Flash não é normalmente um questão.

Noções básicas de uso de memória flash

Melhorias significativas foram feitas em termos de desgaste da memória flash desde que os primeiros dispositivos flash foram introduzidos. Originalmente, o tempo de vida da memória flash era medido em termos de alguns milhares de ciclos de apagamento do programa.

Hoje em dia, a maior parte das memórias flash disponíveis comercialmente resiste a 100.000 ou mais ciclos de apagamento de programa, com alguns fabricantes garantindo uma vida útil de mais de 1.000.000 de ciclos.

Mecanismo de desgaste da memória flash

A vida da memória flash resulta de um mecanismo de desgaste causado pela estrutura e tecnologia básicas do dispositivo.

Uma estrutura típica de dispositivo é vista abaixo e, a partir disso, pode-se ver que existem várias camadas e áreas para o dispositivo.

O mecanismo de desgaste para dispositivos flash ocorre como resultado do uso, causando a degradação da camada de óxido do túnel. Embora existam outros mecanismos que podem fazer com que o dispositivo falhe, é a degradação da camada de óxido do túnel que causa o problema de desgaste da memória flash.

A memória flash usa um processo chamado injeção de elétrons quentes de canal para programar cada célula e o tunelamento de Fowler-Nordheim para o ciclo de apagamento. No entanto, descobriu-se que os elétrons podem ficar presos dentro da camada de óxido, e esse aprisionamento de elétrons no óxido do túnel reduz o campo elétrico durante as operações de apagamento. Por sua vez, isso dá origem a uma degradação gradual das características de apagamento e ao fechamento da janela de limiar da célula de memória.

Como resultado, a tecnologia de captura / remoção de carga é a chave para a melhoria das características de desgaste da memória flash.

Nivelamento de desgaste de memória flash

Para obter o máximo uso de uma memória Flash, um processo chamado nivelamento de desgaste é frequentemente usado. A técnica de nivelamento de desgaste de memória Flash é aquela que pode ser usada em uma variedade de formas de memória, por exemplo, discos rígidos, etc., mas também é muito aplicável a memórias Flash, onde é amplamente utilizado para aumentar a vida útil e melhorar a confiabilidade.

O objetivo da funcionalidade de nivelamento de desgaste da memória Flash é rastrear quais blocos foram usados ​​e distribuir o programa e os ciclos de apagamento são distribuídos uniformemente na memória disponível. Usando as técnicas de nivelamento de desgaste, nenhum bloco deve ser usado muito mais do que qualquer outro e, portanto, nenhum bloco falha prematuramente devido a um número maior de ciclos de apagamento do programa.

Para conseguir isso, um bloco na memória Flash é projetado para ter uma vida útil prolongada, de modo que possa ser usado para rastrear o uso e controlar o nivelamento de desgaste.

Existem três tipos principais de mecanismo de nivelamento de desgaste que são usados:

  • Sem desgaste nivelado: A opção mais simples é não usar nivelamento de desgaste para a memória Flash. Esta abordagem pode ser aceitável em circunstâncias onde pouco uso é esperado e uma redução na complexidade é de suma importância. Nessas circunstâncias, o controlador de memória Flash atribui permanentemente os endereços lógicos do sistema operacional aos endereços físicos da memória Flash. Quando uma localização é alterada, o conteúdo desse bloco deve ser apagado e então reprogramado sem qualquer inteligência para reduzir o número de ciclos de apagamento do programa. Isso não só consome mais tempo, mas também não faz nada para reduzir o desgaste da memória flash.
  • Nivelamento de desgaste dinâmico: O nivelamento de desgaste dinâmico usa um mapa para vincular endereços de bloco lógico, LBAs gerados pelo sistema operacional, SO, aos locais físicos da memória Flash. Cada vez que o sistema operacional grava novos dados, o mapa é atualizado para que o bloco físico original seja marcado como dados inválidos. Um novo bloco é então vinculado a essa entrada do mapa. Cada vez que um bloco de dados é regravado na memória Flash, ele é gravado em um novo local.

    Ainda há um problema com esse tipo de nivelamento de desgaste da memória flash com blocos de dados que nunca são substituídos. Eles permanecem sem desgaste adicional.

    O nome para este tipo de nivelamento de desgaste vem do fato de que apenas os dados dinâmicos, ou seja, dados que são alterados, são reciclados. A memória pode durar mais do que uma sem nivelamento de desgaste, mas ainda haverá blocos de dados que permanecem operáveis ​​como resultado de baixo uso, muito depois que a memória como um todo está inoperante, pois algumas áreas excederam o número de apagamento de programa ciclos.

  • Nivelamento de desgaste estático: Esta forma de nivelamento de desgaste da memória Flash é a mais sofisticada e eficaz. O nivelamento de desgaste estático também usa um mapa para vincular os endereços do bloco lógico aos endereços da memória física.

    O nivelamento de desgaste estático funciona da mesma forma que o nivelamento de desgaste dinâmico, mas com a adição de blocos de dados estáticos, ou seja, dados que não mudam, são movidos periodicamente de modo que essas células de baixo uso sejam usadas por outros dados. Movendo até dados estáticos periodicamente, ele nivela o uso e, portanto, nivela o desgaste em toda a memória.

O desempenho geral da memória Flash melhorou significativamente nos últimos anos. Isso significa que a confiabilidade e a vida útil de uma memória Flash são suficientes para permitir que ela seja usada não apenas para armazenamento de curto prazo em aplicativos como cartões de memória e cartões de memória de câmera, mas também para aplicativos mais exigentes, como a substituição de discos rígidos em computadores.


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