闪存磨损均衡技术分析

阮 圆（国家知识产权局专利局专利审查协作湖北中心,武汉 430070）

闪存磨损均衡技术分析

阮 圆
（国家知识产权局专利局专利审查协作湖北中心,武汉 430070）

闪存存储器（Flash Memory）简称闪存，是一种基于半导体技术的非易失性存储器。闪存中数据的写入是基于先擦除后写入的方式，擦除以块为单位，每个数据块的擦除次数有限，因擦除次数过多而被磨损的块，影响了整个存储器的生命周期，为了提高闪存存储器的寿命，使得每块的擦除均衡，磨损均衡技术成为flash存储中研究的关键技术之一。本文从专利技术方面分析磨损均衡的发展趋势。

闪存；磨损均衡；擦除；冷热数据

1 前言

东芝公司于1984年提出了闪存的概念，与传统电脑内存不同，闪存的特点是存储的数据在主机掉电后不会丢失，其记录速度也非常快。Intel是世界上第一个生产闪存并将其投放市场的公司，该公司的第一款产品为容量为256Kbit闪存芯片。后来，Intel发明的这类闪存被统称为NOR型闪存。第二种闪存称为NAND型闪存，它由日立公司研制成功，并被认为是NOR型闪存的理想替代者。NAND型闪存主要用来存储资料，我们常用的闪存产品,如u盘、SD卡等数码存储卡都是用NAND型闪存。

由于闪存中每个区块的擦除次数有限，因而发展出一种磨损均衡操作，磨损均衡[1,2]是为了平均地使用闪存中的每个块，避免特定区块使用过度，也就是说，避免每块的擦除次数过多而变成坏区块而无法使用，降低了闪存的寿命。

2 桑迪士克公司关于闪存磨损均衡技术脉络分析

第一篇专利申请为1991年申请，为了保证数据块的擦除平衡，采用了阈值的方式，交换最大擦除次数块和最小擦除次数块之间的数据。

接着以第一篇专利申请为基础提交了几篇系列申请，接着又开始采用不同的手段进行磨损均衡操作，其在2001年6月1日提交了一篇公开号为US2002184432A1的美国申请，该申请同时在台湾，日本，澳大利亚，韩国等多个国家具有同族。该申请为了提高静态区的磨损均衡，通过采取在在闪存存储器刚刚写入或擦除大量数据的时，将静态区的数据进行主动更新，从而实现磨损均衡。

随后又在2002年10月28日提出了一件US28182402B1申请，通过对所有的区块进行擦除计数，并将区块进行分类，分为最频繁擦除区块表和最不频繁擦除区块表，访问某个区块的擦除次数，判断其擦除次数是不是明显小于平均擦除次数，则将区块识别为静态区块，然后从最频繁擦除区块表中获得区块，并进行数据的交换。并以此专利为基础，提交了一系列的系列申请。

在2004年11月15日提交的公开号为US2006106972A1的专利申请，其采用设置擦除池的方式，从擦除池中选择数据块进行擦除。

从上面可以看出，桑迪士克公司对磨损均衡这块技术的研究一直在探索和研发，没有中断，从各个方面进行了尝试，说明技术的发展虽然有它既定的脉络，但是在发展初期，还是需要经过多方面的探索与试验。

接着，随着互联网大潮的兴起，处于技术变革时期，桑迪士克要更好的走在技术前列，必然需要加大多闪存技术的研究。如下有进行了一系列的专利申请。

2005年11月29日，提交了公开号为US2006203546A1的专利申请，现有技术的大多数擦除算法都需要计算数据块的擦除次数，需要开辟存放擦除计数的空间，本发明采用的技术手段是通过计算每个块已被擦除的次数和至少一个其它块已被擦除的次数的函数的数，以及将所述数存储到所述存储器装置中。

2008年1月31日，提交了公开号为US2009198869A1的专利申请，其改进点在于由于系统断电导致了数据块的擦除值丢失，通过原先记载的各个数据块的擦除值通过计算平均值或者最大值的方式，重新给该丢失擦除计数值的数据块赋值。

2011年12月19日，提交公开号为US2013159600 A1的专利申请，为了达到闪存的磨损均衡，其使用的技术手段是通过把一个数据块分成两个部分，当第一区块生命周期用尽后，然后把数据存储到第二区块的方式，来减少数据块的擦除。

2012年11月15日，提交公开号为WO2013095819 A1的专利申请，通过写入的数据与该块的相关程度，选择数据块的擦除。

3 总结

通过分析可知，闪存的飞速发展，未来有一天应该会代替传统的硬盘。而生命周期的问题，肯定是研究的重点。可以看出，国外对这块的技术研究的比较靠前，依据桑迪士克的发展经历，站在技术的前沿，才能更好的占据市场。

[1]邢春波.闪存磨损均衡算法研究[D].浙江工业大学,2008.

[2]高立森.固态硬盘控制器磨损均衡算法研究[D].上海交通大学,2011.

阮圆（1989-），女，硕士，研究实习员，研究方向：存储器领域-专利审查。

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2015.21.017