[发明专利]利用数据有限寿命提高闪存芯片写入速度的方法、系统及其控制器

说明书

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种利用数据有限寿命提高闪存芯片写入速度的方法、闪存存储系统及其控制器。

背景技术

作为唯一主流的固态非挥发数据储存技术，闪存已经成为了全球半导体产业体系中发展最为迅速的一环。2010年市场研究报告显示，闪存产品的市场已突破200亿美元。基于闪存芯片的固态数据存储系统主要包含一个固态存储系统控制器和一个以上闪存芯片。

闪存芯片的基本信息存储单元是浮栅金属氧化物半导体晶体管 (Floating-Gate Transistor)。浮栅金属氧化物半导体晶体管的阈值电压可以通过注射一定数量的电子进入浮栅而改变。因此，通过对浮栅内电子数目的精确控制，每个存储单元，即浮栅金属氧化物半导体晶体管,可储存多个比特信息。精确控制浮栅内电子数目的过程通常被称为编程。在每一个存储单元可以被编程之前，其浮栅内的所有电子必须被移走，从而使得其阈值电压被置为最低，这个过程被称为擦除。在对信息存储单元编程的过程中，业界使用一种渐进式的“编程－校验－再编程”的方法以实现对浮栅内电子数目的精确控制。重复的“编程／擦除”(program/erase) 的操作会逐渐在浮栅金属氧化物半导体晶体管内引入越来越多的电子陷阱（traps），以导致越来越低的浮栅金属氧化物半导体晶体管的噪音容限，从而使得闪存芯片只有一定的“编程／擦除”次数限度。

闪存芯片数据读写操作以页面（page）作为基本单位，每一页面内所包含的用户数据通常为4096字节（byte）、8192字节或16384字节。一定数量（如256、512）的存储页面组成一个存储块，闪存芯片由大量同等大小的存储块以及必须的外围辅助电路构成。数据擦除操作必须以存储块为单位。

在对一个页面内所有信息存储单元进行编程时，会对其紧相邻的页面所存储的信息带来干扰，带来相邻页面的数据存储稳定性的下降。这主要是由于相邻信息存储单元之间的寄生电容所引起的串扰（cell-to-cell interference）。随着闪存制造工艺的不断提高，相邻信息存储单元之间会越来越近，直接导致相邻信息存储单元之间的寄生电容及其所引发的相邻信息存储单元之间的串扰会越来越大。为了尽量克服信息存储单元之间的串扰对数据存储稳定性的影响，闪存芯片必须在渐进式“编程－校验－再编程”的过程中使用足够小的编程步长以提高信息存储单元的噪声容限，进而提高对相邻信息存储单元之间串扰的容忍度。但是，闪存芯片数据编程的速度直接正比于编程步长的大小。所以，当降低编程步长以提高信息存储单元的噪声容限时，闪存芯片数据编程的速度也会同时下降。

可见，在现有实现中，为了实现对相邻信息存储单元之间串扰的足够的容忍性，闪存芯片的数据写入速度受到很大的限制，偏低的闪存芯片数据写入速度会直接影响整体固态数据存储系统的运行速度。减少闪存芯片的相邻信息存储单元之间的串扰对提高闪存芯片数据写入速度具有一定的意义，尤其在当前如何提升闪存写入数据的速度是本领域技术人员所致力的目标，能够有效的提高闪存芯片数据写入速度，从而提高整个存储系统的运行速度意义重大。

在现有技术中，通过将用户数据不连续写入页面的方式来减少闪存芯片的相邻信息存储单元之间的串扰，例如，申请号为20091014313.6的中国申请专利公开了一种闪速存储设备的编程方法，其中通过对包括偶数页和奇数页的存储单元的奇数页进行预先编程来把阈值电压提高一定电平，并且随后执行偶数页编程操作和奇数页编程操作，使得可以防止由于单元间干扰效应所导致的不统一的阈值电压分布。虽然所公开的方法在一定程度能够防止由于单元间干扰效应所导致的不统一的阈值电压分布，但是仅仅通过区分奇偶数页来写入数据，容易造成存储空间的浪费，而且该方法涉及到对电压的判断和验证都是难以控制和操作的。

另外，申请号为US2007,0849,992 的美国申请专利的说明书中公开了一种减少编程期间的干扰冲击的方法，其减少来自邻居的上举的干扰影响，包括：在第一时间，对非易失性存储元件的第一群组进行编程；在不同于第一时间的第二时间，对非非易失性存储元件的第二群组进行编程；以及一起验证所述非易失性存储元件的第一群组和所述非非易失性存储元件的第二群组。该方法能够有效减少编程期间相邻存储器单元之间的干扰冲击，但该方法实现过程比较复杂，要改变现有闪存存储系统的编程/擦除程序而实现，不利于普及使用。

发明内容