3D 闪存早期保留损失和工艺变化建模与缓解
问题背景
3D NAND 闪存虽然通过增加层数提升了存储密度,但其错误特性与平面 NAND 不同,且尚未得到充分研究。随着技术迭代,闪存寿命问题日益突出,尽管 ECC 强度提升,但闪存寿命在每一代中都在下降。
研究贡献
1. 3D NAND 闪存芯片特性分析
- 工艺变化:不同层的闪存单元具有不同的错误特性,层间错误率差异高达 21 倍。
- 早期保留损失:编程后 3 小时内,错误率增加 10 倍,这是 3D NAND 中最显著的错误类型。
- 保留干扰:与平面 NAND 不同,3D NAND 中观察到邻居单元状态对保留损失的影响。
2. RBER 和阈值电压建模
- RBER 变化模型:错误率分布符合伽马分布,提出无变化感知 Vopt 和变化感知 Vopt 两种模型。
- 保留损失模型:早期保留损失可建模为对数保留时间的线性函数,模型误差小于 1 步,调整后的 R² 达到 89%。
3. 错误缓解技术
- LaVAR(层变化感知读取):为每层学习电压偏移,平均降低 RBER 43%。
- LI-RAID(层交错 RAID):将不可靠的层与可靠的层分组,显著降低最坏情况 RBER,存储开销小于 0.8%。
- ReMAR(保留模型感知读取):学习并应用保留损失模型,平均降低 RBER 51.9%。
研究结论
- 核心观点:通过建模和缓解 3D NAND 的错误特性,可以显著提升闪存寿命或降低 ECC 开销。
- 关键数据:LaVAR、LI-RAID 和 ReMAR 技术使闪存寿命提升 1.85 倍,或降低 ECC 存储开销 78.9%。
- 研究意义:为 3D NAND 闪存的高效利用提供了理论和技术支持,解决了早期保留损失和工艺变化带来的可靠性问题。