对NAND闪存使用情况的高级分析有助于提供更可靠的产品

毫无疑问，单片集成半导体微电子技术的发明、随后的完善和持续进步至少在过去五年中塑造了我们的世界。虽然对碳纳米管等新材料的研究有可能彻底改变该行业，但在可预见的未来，传统的半导体技术（可能很快就会被称为）可能会继续占据主导地位。

我们对半导体的熟悉和依赖基于很多因素，但其中最重要的是它们的可靠性。半导体行业竭尽全力在每个新工艺（仍受摩尔定律驱动）成为主流之前对其进行全面描述。这意味着集成设备在现场发生故障的情况极为罕见。如果使用得当，它们本质上是健壮且极有弹性的。

不能对大容量存储进行同样的假设，这是一个不幸的事实，但却被广泛理解和接受。它简单地归结为所涉及的物理学；由于磁性存储包括移动部件，因此它自然会根据使用水平具有有限的预期寿命。但是，由于固态存储器没有明显的移动部件，因此它的使用寿命可能并不那么明显，它也具有有限的寿命，这也取决于使用情况。

非易失性、可擦除存储器（如闪存）背后的基本原理是浮动栅极的概念。当然，传统晶体管有一个栅极，而栅极上的电位会影响通过沟道从源极到漏极的电荷流动。在闪存中，栅极上的电位指示单元的二进制状态；0 或 1（或者，在多级单元的情况下，为 00、01、10、11）。在断电后保持这种状态定义了闪存的非易失性，并且在断电后添加可以存储电荷的浮动栅极是闪存功能的基础。不幸的是，在浮栅上设置电位的过程对于基板来说是相对艰巨的，这意味着它会经历类似于硬盘驱动器中的运动部件磨损的疲劳。

接受闪存会磨损并可能发生故障这一点很重要，因此减轻潜在故障的影响也很重要且明智。然而，挑战的一部分是，即使在相同的条件下，并非所有的内存都会以相同的速度耗尽。使这一事实更加复杂的是一个严酷的现实，即从来没有两个应用程序以完全相同的方式使用内存，所以即使它是可预测的，它也会受到许多因素的影响，其中一些可能是未知的。

这就是高级监控和诊断工具可以提供帮助的地方。由于了解了闪存磨损的性质，因此可以采取预防措施来防止故障的影响，并使用收集到的信息来对要设计的闪存类型做出更明智的设计决策。但是，通常工具无法提供对隐藏在文件系统和 FTL 后面的物理级别的洞察。

了解您的用例

除了在高层次上如何设计系统外，低层次上功能的相互依赖性会动态地改变它的运行方式。这就是固件工程师的技能和经验发挥作用的地方，因为它能够以可靠的方式对外部条件和刺激做出反应，这确实决定了任何系统的操作。

当然，这种几乎随机的性质意味着使用大容量存储的方式实际上取决于系统级别的用例，这使得预测这种行为特别困难。深入了解系统在低级别的确切功能，包括访问内存的频率、编程/擦除周期的频率以及由此导致的长期耐用性，这对于帮助预测内存的整体寿命非常有用子系统。

Hyperstone 开发了在实际应用程序中记录这种低级别活动的方法，并使用由此生成的数据来准确分析内存的使用情况。这种分析有助于设计人员了解他们自己的特定用例以及所选内存类型如何影响整体系统性能，以及预测何时可能发生故障。

Hyperstone 开发的健康监测技术作为 hySMART 工具提供（见下文）。使用标准存储卡可以捕获在主机和闪存控制器之间传递的事务。这将包括数据传输的类型，例如顺序或随机读取、写入或读取的数据量以及传输的数据量。该数据的性质将定义客户的特定用例，但数据的内容仍然对工具隐藏。

了解存储

Hyperstone 用于执行用例分析的主要工具之一是其专有工具 hySMART。这是对行业标准 SMART（自我监控、分析和报告技术）的扩展，它嵌入在大多数（如果不是全部）硬盘驱动器中，并使用 ATA 命令进行访问。

虽然 SMART 最初是为了分析硬盘驱动器的健康状况而开发的，但它已被固态驱动器制造商和现在的 NAND 闪存广泛采用，原因大致相同。许多命令都适用于这两种技术，并且现在得到大量 Hyperstone 闪存控制器系列的支持。

使用 SMART ATA 命令进行的分析非常广泛。Hyperstone 支持 ATA 标准命令以及特定于供应商的命令。通常，发出命令会以 ASCII 字符串或原始十六进制数据的形式返回数据。解释这些数据的工作落到了 hySMART 工具上，该工具将数据解码并以更有用的格式呈现，可以帮助开发人员了解所连接内存的运行状态。

hySMART 工具实际上是一个 GUI，可用于解释从连接到主机的驱动器收集的 SMART 数据。通过收集驱动器提供的日志数据，它可以以图形方式表示有关驱动器的关键信息，例如备用块。此外，它还提供有关块擦除次数的数据，并使用它来预测寿命。ECC 错误信息也以图形方式呈现为 ECC 错误直方图，包括可纠正和不可纠正的错误。

结论

闪存是所有现代系统的基本组成部分，因为生成的数据量每天都在增加。物联网和大数据时代在很大程度上依赖于存储设备的耐用性，在可以看到系统预期寿命内重复编程/擦除周期的操作条件下。

Hyperstone 开发的高级分析工具变得越来越重要，因为它们使设计团队能够更好地了解他们的设计如何使用闪存以及该用例对所选内存的长期影响。

通过与 Hyperstone 密切合作，制造商可以获得他们现在需要的帮助和支持，以开发更可靠的产品，在其预期的生命周期内提供更高的性能。

审核编辑：郭婷