讀取干擾

簡介

快閃記憶體(NAND flash memory)是相當普及的儲存媒介,從小尺寸規格(small form factor)的行動裝置乃至大數據中心皆可使用。不過,隨著奈米製程的演進,記憶體單元越做越小,「讀取干擾」(Read Disturbance)也逐漸成為影響快閃記憶體可靠度的一大因素。讀取干擾通常發生在對記憶體進行大量讀取之後。這些讀取行為會改變讀取區域週遭單元的位元狀態,造成資料出錯。

為什麼會發生讀取干擾?

每個快閃記憶體單元,都有浮動閘(floating gate)和控制閘(control gate),與字元線(word-line; WL)相連;同時,單元中還有源極(source)以及汲極(drain),單元的源極與隔壁單元的汲極彼此相鄰,連通之後稱為位元線(bit-line; BL)。如圖所示,浮閘位於控制閘下方。浮閘中儲存的電荷數目決定了電晶體的閾值電壓(threshold voltage)。

要得知是否有電荷困在浮閘中,記憶體會讀取整列字元線。如圖所示,若想讀取某一列 (以淡綠色表示),則必須對鄰近該列的字元線施加一較高電流(以深綠色表示)。同時,每行位元線會選定一個記憶體單元,好讓裝置判讀其位元狀態,即儲存的是0或是1。對鄰近單元施加的高電壓,會把電荷吸入浮閘中,同時每一次讀取,都稍微提高該單元的閾值電壓,使位元狀態受干擾。長此以往,單元的閾值電壓不斷累積,最後從「未編程」狀態(儲存一個1),變成「已編程」狀態(儲存一個0),這個現象就是讀取干擾。位元狀態一旦變化便不可逆,只有將區塊抹除,才能讓其回復初始值。

創見的解決方案

透過減少不必要的讀取行為,可以改善讀取干擾的影響。針對這個問題,創見提供以下三種解決方案。

  1. 平均抹寫技術 (Wear leveling algorithm):這個功能能夠均化快閃記憶體的使用,讓使用範圍平均分布於整塊記憶體的可用空間,確保資料能平均地抹寫。
  2. 預防性搬離 (Early move):此功能可偵測並糾正潛在的數據錯誤。如果區塊中的錯誤接近上限,資料就會被移動至另一區塊,同時原區塊將被抹除。(註:僅部分產品支援。)
  3. 重複讀取 (Read retry):此功能可讓快閃記憶體調整讀取時的參考電壓 (read reference voltage) ,防止讀取錯誤。

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