什么是pSLC Nand Flash

NAND闪存结构NAND Flash的内部组织是由块和页构成。每个块包含多个页

对于那些成本敏感的项目，设计师有时会将MLC NAND视为一种替代方案，MLC NAND高容量低成本。然而，MLC NAND 具有较低的耐用性（约等于SLC NAND的1/20），误码率高，在扩展温度范围情况下不能很好工作。一段时间以来，闪存存储厂商已经推出了第三个选项，这是一种增强型MLC NAND产品，这些已经以各种名称销售——如增强型MLC，aSLC，iSLC，superMLC，MLC +，turbo MLC等等这些，就是我们今天所说的pSLC Nand Flash，而且也已经被各存储厂商提升了很大的性能。对于一般用户来说有点混乱，因为不清楚底层技术，这些不同的称呼的产品是否性能一样呢？

NAND Flash 基础知识

NAND闪存结构NAND Flash的内部组织是由块和页构成。每个块包含多个页面，这取决于设备容量; 每个块典型的页数量是64到256。每页都有一个固定尺寸，目前的MLC NAND具有8KB或16KB的页面大小，具体取决于设备容量。

MLC NAND编程

MLC NAND中的每个单元在编程时会存储两位数据，这两位数据来自两个不同的页面。首先编程LSB，这将使存储单元（cell）置于中级编程状态。这个编程步骤被称为低页面或快速页面编程。

这个编程步骤相当快，因为中级编程状态不需要非常精密，阈值电压值只需要超过能使感测威廉希尔官方网站 能区分擦除状态的高度就足够了。接下来编程MSB，这被称为高页面或慢页面编程。这个编程步骤很慢，有两个原因。首先，必须执行读取操作找出LSB是“0”还是“1”。然后，这个编程步骤必须将单元格精确地置于三种可能状态中的一种，这需要一种在多通道里递增地移动单元阈值的编程算法。

总之，和SLC NAND编程比较，LSB / MSB编程顺序结果在MLC中写入量更慢。快速页面模式现在我们已经看到了MLC NAND的编程方式，仅仅使用MLC NAND简单地存储一位数据而不编程高页面，这个方式显然是可行的。使用MLC NAND的这种编程方式被称为“快速页面模式”。其实一些厂商一直以不同名称在推广这个产品，如“涡轮增压模式”，MLC+等。快速页面模式的优点是任何MLC NAND都可以实现，它不需要任何特殊指令，提供了一种实现性能提升的简单方法，但牺牲了设备的容量。缺点是与真正的SLC NAND闪存相比其设备耐久性只有轻微的提高。这是因为中级编程状态的阈值电压不如SLC NAND那么高。还因为这个，快速页面模式NAND的错误率和数据保持并不比标准MLC NAND好。在pSLC模式下，存储单元也被用于存储单个位的模式，但增加扭曲技术导致编程阈值被提高; 这在下图中说明：

pSLC与快速页面

提高编程阈值电压值具有许多优点。它增加编程状态与擦除状态之间的感应余量，从而提高了耐用性，更低的错误率和数据保存更长的时间。这些都是提高了噪音余量的结果，都归功于提高了编程阈值。感应阈值的改变和较高的编程阈值要求每个MLC NAND 都有专门的指令。因此，不像快速页模式，pSLC模式不能在任何MLC NAND上使用，仅仅在那些用MLC NAND的地方由供应商提供专门的指令后方可使用。

pSLC模式与快速页面模式

下表总结了pSLC模式和快速页面模式之间的差异：

PSLC模式与100％超额配置（OP）

由于pSLC模式是用于MLC NAND预期容量的一半，所以出现了一个问题，是否一个100%超额配置的MLC NAND（即物理容量是用户容量的两倍）可以实现与pSLC NAND相同的特性？答案是不。

100％ OP NAND仍然是在标准MLC模式下使用，因此它没有pSLC NAND所拥有的性能提升，此外，由于100％OP NAND只是标准的MLC NAND，它与标准的MLC NAND一样有高错误率和低数据保留问题。对于耐力，100％OP NAND与标准MLC NAND相比，其耐久性将翻倍，但正确配置pSLC NAND可以实现超过标准MLC NAND的2倍以上的耐用性。

100％ OP NAND可能比pSLC NAND具有更耐用的唯一场景，就是在写入small block数据时，而pSLC firmware又是以flash block来做单位（而不是flash page），在这样的条件下，small block数据会大大增加损耗平衡功能（wear leveling）的运作，flash block在没有写满数据的时候，就已经要被再erase，erase次数很频密，这可能有助于其实现比pSLC NAND更高的耐力。在所有其他情况下，pSLC NAND应具有更好的耐用特性。

概要

虽然大多数系统设计人员都希望将SLC NAND产品用于其工业嵌入式应用，但其高成本正在推动一些设计师寻找便宜的替代品 ，MLC NAND产品无法满足这些工业应用的可靠性和耐用性要求。如今，很多SSD主控厂商在其固件中增加了对pSLC模式的支持。

我们已经解释了pSLC NAND背后的技术，其特性在SLC NAND与标准MLC NAND之间。对系统设计人员来说，需要一个解决方案比SLC 成本低，但又比MLC具有更高的可靠性，pSLC会是一个不错的选择。