隨著存儲(chǔ)器的發(fā)展,NAND Flash(NAND閃存,以下所述閃存特指NAND型閃存)憑借大容量、低功耗、低成本等優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)成為了當(dāng)下最主要的存儲(chǔ)介質(zhì)之一。但由閃存自身結(jié)構(gòu)原因造成的可靠性問(wèn)題已成為了閃存發(fā)展的一大阻礙。由此,閃存可靠性測(cè)試平臺(tái)的研發(fā)具有非常重要的意義。而且,近年來(lái),閃存技術(shù)不斷更新:單元容量從最初的SLC、MLC發(fā)展到現(xiàn)在的TLC、QLC;結(jié)構(gòu)從2D發(fā)展為3D。在工藝水平提高的同時(shí),閃存的特征尺寸不斷減小,溝道氧化層不斷變薄,這意味著閃存相較之前更加容易出錯(cuò)。閃存的可靠性問(wèn)題亟待解決。但到目前為止,國(guó)內(nèi)外均沒(méi)有成熟的閃存測(cè)試方案,尤其是針對(duì)閃存可靠性的測(cè)試,國(guó)內(nèi)外的測(cè)試設(shè)備幾乎還未涉足�；诖�,本文設(shè)計(jì)了一套通用型閃存測(cè)試平臺(tái),該平臺(tái)不僅實(shí)現(xiàn)了對(duì)閃存的常規(guī)測(cè)試如數(shù)據(jù)干擾測(cè)試、工作電流測(cè)試、數(shù)據(jù)保留測(cè)試等,還以―智能算法建�！姆绞綄�(shí)現(xiàn)了對(duì)閃存可靠性的主要指標(biāo)——壽命比較精準(zhǔn)的預(yù)測(cè)。本文首先在國(guó)內(nèi)外閃存測(cè)試現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上討論了本平臺(tái)研發(fā)的意義;接著分析了閃存芯片的存儲(chǔ)原理以及閃存中存在的主要錯(cuò)誤類型;之后對(duì)測(cè)試平臺(tái)的主要組成部分:專為該平臺(tái)設(shè)計(jì)的閃存控制器、固件設(shè)計(jì)、上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了詳細(xì)的介紹;最后對(duì)測(cè)試平臺(tái)的功能進(jìn)行了驗(yàn)證。本平臺(tái)的上位機(jī)軟件以及硬件、固件均是自研發(fā),創(chuàng)新地利用遺傳算法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法對(duì)閃存芯片進(jìn)行建模,實(shí)現(xiàn)了對(duì)閃存壽命的預(yù)測(cè)以及閃存芯片的分類。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,預(yù)測(cè)算法的預(yù)測(cè)準(zhǔn)確度能夠達(dá)到90%以上。通過(guò)配套的測(cè)試軟件簡(jiǎn)化了測(cè)試操作,最終結(jié)果以圖表的方式在軟件界面顯示,能夠更加直觀地展示測(cè)試結(jié)果。
【學(xué)位單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TP333
【部分圖文】：

圖 1.1 不同種類閃存壽命直方圖[3]由圖可以看到隨著工藝尺寸的減小和每單元容量的提高，閃存壽命大幅度降要的糾錯(cuò)碼強(qiáng)度隨之增大。在 SLC（Single-Level Cell）時(shí)代，該問(wèn)題相對(duì)不明為 SLC 的 Flash 其擦寫次數(shù)可以達(dá)到上萬(wàn)次，但隨著 MLC、TLC 和 QLC 技術(shù)成為當(dāng)代閃存的主流技術(shù)[7]，同時(shí)，采用 3D 結(jié)構(gòu)的 Flash 芯片也得到快速的]，如三星和鎂光公司目前分別可以實(shí)現(xiàn) 64GB（64 層堆疊）和 48GB（32 層堆] [10]，該問(wèn)題已經(jīng)成為阻擋 Flash 繼續(xù)發(fā)展的重要障礙，因?yàn)殡S著每個(gè)單元存it 數(shù)越多，其柵氧化層就越容易失效，導(dǎo)致 Flash 的可靠性越低。從圖中可以LC 的可擦寫次數(shù)驟減到兩三千次，而 TLC 更少，只有一千次，并且這種閃存少的趨勢(shì)會(huì)隨著技術(shù)的更新持續(xù)走下去[11]。TLC 尚且如此，新提出的 QLC 技術(shù)，隨著該技術(shù)的不斷成熟，若沒(méi)有相應(yīng)的檢測(cè)措施，那么 Flash 的可靠性將成lash 能否繼續(xù)發(fā)展的決定性因素。雖然現(xiàn)在通過(guò) ECC（Error Correcting Code）的可以實(shí)現(xiàn)對(duì)閃存芯片內(nèi)部數(shù)據(jù)的糾錯(cuò)[12]，但隨著使用時(shí)間增加，ECC 能力有

常完備的知識(shí)理論體系。如，目前泰瑞達(dá)、愛(ài)德萬(wàn)已研制了針對(duì)存測(cè)試設(shè)備產(chǎn)品。其中，泰瑞達(dá)的閃存測(cè)試設(shè)備以提高并行性為主，通輸接口增加測(cè)試的效率，由于測(cè)試設(shè)備主要面向的是商業(yè)生產(chǎn)在測(cè)試析上則極少有改進(jìn)。與泰瑞達(dá)相似，愛(ài)德萬(wàn)的測(cè)試設(shè)備主要面向 SS試，測(cè)試設(shè)備以提高并行性為主，如愛(ài)德萬(wàn)新推出的支持 PCIE Gen 夠讓用戶直接根據(jù)該設(shè)備開(kāi)發(fā)基于 PCIE Gen 4 協(xié)議的 SSD，但是對(duì)介質(zhì) Flash 的測(cè)試卻基本沒(méi)有提到。意大利的一家名叫 NPlusT 的公司款名為 Nanocycler 的非易失性存儲(chǔ)器測(cè)試設(shè)備，其外觀如圖 1.2 所示對(duì) Flash 進(jìn)行如接口速度、電源拉偏、高低溫等測(cè)試，同時(shí)，該設(shè)備支片的并行測(cè)試。該公司提供的配套測(cè)試軟件能夠?qū)y(cè)試結(jié)果進(jìn)行簡(jiǎn)結(jié)果以圖表的形式顯示，方便用戶更加直觀地觀測(cè)測(cè)試結(jié)果。Nanocy其配套軟件是目前市面上較為成熟的閃存測(cè)試設(shè)備，但該設(shè)備同樣也可靠性測(cè)試的解決方案。

2 平臺(tái)基礎(chǔ)技術(shù)及總體架構(gòu)Flash 存儲(chǔ)原理NAND Flash 的常見(jiàn)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)為浮柵型（FG，floating gate）晶體管和電荷charge trap)晶體管。FG 結(jié)構(gòu)如圖 2.1 所示，最上層的是控制柵（CG，contro是浮柵[30]。浮柵的兩邊都是硅氧化層做成的溝道，以此達(dá)到與控制柵和目的，這樣，保存在浮柵中的電子即使在掉電之后也能夠保存在浮柵中 NAND Flash 存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的原理是電子的隧穿效應(yīng)[31]，當(dāng)給浮柵加正向電時(shí)，因?yàn)闇系姥趸瘜颖容^薄，在強(qiáng)電場(chǎng)的作用下，電子隧穿進(jìn)到浮柵中除），給控制柵加―反向‖電壓時(shí)，浮柵中的電子通過(guò)溝道隧穿出浮柵[32]。 內(nèi)部有一個(gè)電荷泵，通過(guò)該電荷泵實(shí)現(xiàn)對(duì)浮柵施加正/反向電壓[33]。
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本文編號(hào)：2889376