Confiabilidade, Vida Útil e Desgaste da Memória FLASH
O desgaste, a confiabilidade e a vida útil da memória flash são questões importantes, juntamente com técnicas de mitigação, como nivelamento de desgaste.
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Tutorial de Memória Flash Inclui:
O que é a tecnologia de memória Flash | Como a memória Flash funciona | Vida útil e confiabilidade da memória Flash | Guia de compra de cartão de memória
Tipos de memória:
Tipos e tecnologias de memória | DRAM | EEPROM | Flash | FRAM | MRAM | Memória de mudança de fase | SDRAM | SRAM
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A memória flash tem um tempo de vida finito. Isso significa que a confiabilidade e a vida útil da memória Flash são questões que precisam ser consideradas 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 aprimorados e, embora a memória Flash ainda tenha uma vida útil 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 útil da memória Flash não é normalmente um emitir.
Noções básicas de desgaste 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 de programa.
Hoje, a maioria das memórias flash disponíveis comercialmente suportam 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 útil da memória flash resulta de um mecanismo de desgaste causado pela estrutura básica e tecnologia do dispositivo.
Uma estrutura de dispositivo típica é vista abaixo e, a partir dela, 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 causar a falha do dispositivo, 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 tunelamento 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 fechamento da janela de limite da célula de memória.
Como resultado, a tecnologia de captura/desaprisionamento de carga é a chave para a melhoria das características de desgaste da memória flash.
Nivelamento de desgaste de memória flash
Para obter o uso máximo de uma memória Flash, um processo chamado nivelamento de desgaste é freqüentemente usado. A técnica de nivelamento de desgaste da memória Flash pode ser usada em várias formas de memória, por exemplo, discos rígidos, etc., mas também é muito aplicável às memórias Flash, onde é amplamente usada 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 pela memória disponível. Ao usar as técnicas de nivelamento de desgaste, nenhum bloco deve ser usado muito mais do que qualquer outro e, portanto, nenhum bloco único falha prematuramente devido a um número maior de ciclos de apagamento de programa.
Para conseguir isso, um bloco dentro da memória Flash é projetado para ter uma vida útil estendida, para que possa ser usado para rastrear o uso e controlar o nivelamento do desgaste.
Existem três tipos principais de mecanismo de nivelamento de desgaste que são usados:
- Sem nivelamento de desgaste: A opção mais simples é não usar nivelamento de desgaste para a memória Flash. Essa abordagem pode ser aceitável em circunstâncias em que se espera pouco uso 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 um local é alterado, o conteúdo desse bloco deve ser apagado e, em seguida, reprogramado sem qualquer inteligência para reduzir o número de ciclos de programa-apagamento. Isso não apenas consome mais tempo, mas também não reduz 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, sistema operacional, 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 reescrito na memória Flash, ele é gravado em um novo local.
Ainda há um problema com esse tipo de nivelamento de desgaste de memória flash com blocos de dados que nunca são substituídos. Permanecem sem desgaste adicional.
O nome desse tipo de nivelamento de desgaste vem do fato de que apenas os dados dinâmicos, ou seja, os dados alterados, são reciclados. A memória pode durar mais do que uma sem nivelamento de desgaste, mas ainda haverá blocos de dados que permanecerão operáveis como resultado do baixo uso, muito tempo depois que a memória como um todo estiver inoperante, pois algumas áreas excederam o número de programas de exclusão ciclos. - Nivelamento de desgaste estático: Esta forma de nivelamento de desgaste de memória Flash é a mais sofisticada e eficaz. O nivelamento de desgaste estático também usa um mapa para vincular os endereços de bloco lógico aos endereços de memória física.
O nivelamento de desgaste estático funciona da mesma forma que o nivelamento de desgaste dinâmico, mas com a adição de que blocos de dados estáticos, ou seja, dados que não mudam, são movidos periodicamente para que essas células de baixo uso sejam usadas por outros dados. Ao mover até mesmo 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 câmeras, mas também para aplicativos mais exigentes, como a substituição de discos rígidos em computadores.
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