对pSLC和2246EN强壮页Strong Page的理解，希望可以终结闪存原理和寿命差别之争

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       一直以来论坛中关于pSLC的原理和46EN的强壮页Strong Page是不是pSLC、pSLC的原理是什么有诸多争端，如：
tlc写入一次，要隧穿写入7次,Qlc写入一次，要隧穿写入15次
       根据个人结合一些资料的理解，NAND Flash充放电都磨损浮栅晶体管和衬底间的SiO2绝缘层，参考：
如何浅显易懂地解释「闪存」？它的存储原理是什么？

       其中可见所有的闪存都被设计为高电平表示0，低电平表示1，也就是浮栅晶体管中电子少表示1，电子多表示0，其中读取只是用一组较低的电压比较闪存的电压从而得出电平的相对高低，在此过程中并没有发生电子的隧穿，因此不会磨损闪存寿命，参考：闪存阈值电压(Vt)的编码及TLC的2-3-2读取



       因此可以得出不管是SLC、MLC、TLC、QLC还是未来的PLC，闪存的基本结构仍然是一个一个的浮栅晶体管，存储的方式也是对他们进行充电，不同的是虽然随着闪存的发展，VCCQ电压从3.3V降到了1.2V，同时电压划分的更加精细，使得不同0、1状态间的电子数量差异更小了，也就是不同状态的电压差异更小即Vth阈值电压差异小，使得充电的电压精细度要求更高，好比SLC因为只有两种电压状态，因此0.8-3.3V都会被认为表示bit=0，只有0-0.7V才会被认为是bit=1，所以充满电3.3V，可以一直漏电，只要不低于0.8V，比特位都可以正确读取；而QLC因为有16种电压状态，同时VCCQ只有1.2V，所以1.18-1.2V表示bit=0000，1.15-1.17V表示bit=0001（数据仅作比方，非真实值），中间的电压差异极小，可能漏几个电子电压就从0000变成0001了，就使得正确比较它们的状态变得更加困难，说人话就是电子放久了自己跑了，比较出来的电平就从0变成1了，因此产生了误码，需要ECC纠错来处理，这也就是我们常说的冷数据掉速问题。同时2D MLC、TLC后期为了提高存储密度而不断更新更小的制程工艺，比如14-16nm等，绝缘层的变薄也使得浮栅晶体管困住电子更加困难，因此SK Hynix 16nm的“漏电王”由来就不难理解，进入到3D制程时代后，晶体管由平面分布转为了立体堆叠，空间上的宽裕使得存储厂商可以用更高nm的制程工艺加厚了绝缘层，漏电问题基本上不再出现。
       话说回pSLC和46EN的强壮页Strong Page究竟是什么，论坛的人始终无法达成共识，但是我认为关于pSLC，技术员小唐是正确的：


       但是根据前文引述浮栅晶体管的结构可知，小唐在此说的放电不消耗SiO2绝缘层的说法不正确，因为无论放电充电，电子都要隧穿过浮栅晶体管和基低之间的绝缘层。同时擦除是晶体管放电，编程是晶体管充电。

       但是这位坛友说的pSLC就是快页编程Fast Page Mode我不同意，参考：Blog: 使用 eMMC 闪存设备的磨损估计

       其中用MLC为例明确指出pSLC和快页编程Fast Page Mode不同，pSLC可以大幅延长MLC寿命，而快页编程不能；文中还提到了pSLC的寿命不能与原生SLC相比，但是没有细说原因，个人推测虽然比较电压的原理与SLC相同，因此虽然pSLC模式可以容忍漏走更多的电子而不发生比特翻转，但是由于制程更加先进，绝缘层更薄，因此绝缘层的物理抗磨损性肯定是比不上老制程SLC的，所以当绝缘层彻底磨穿，基本上丧失了约束电子的能力后，再多的电子也会在短时间内漏掉，从而使比特位由0变为1，从而产生大量误码，这也意味着颗粒彻底报废，这个理论与N18A、N28A等QLC一开始就开pSLC拥有上万次寿命，但是在QLC模式下工作直到磨穿了之后再开pSLC也活不久的实际情况相符。
       同时在一篇已经找不到的帖子中小唐曾经说过他测试过46EN的Strong Page模式会让速度更快，但是不能增加闪存寿命，因此我推测46EN的强壮页Strong Page就是快页编程Fast Page Mode。当然信息过少无法交叉验证，还希望大佬们可以出来解惑。
      还是用MLC举例，为什么快页编程可以更快但是不能延长寿命我个人是这么理解的：同一个型号的MLC中，pSLC升了0比特位的电压阈值范围Vth，类似前文比喻中的SLC的3.3V-0.8V的有效电压范围，使得写入时对电路的电压精度要求低，但是快页编程时仅仅是读取时只区分两个电压状态，因此写入时较高电压部分的两个状态被舍弃了，所以需要的编程电压比较低，进入浮栅晶体管的电子变少了，所以速度得以提升，但是由于0比特位的电压范围并没有变化，读取时比较电压的范围也没有变化，因此只是损失了一般容量，速度提升，但是不能像pSLC一样提升寿命。两者区别可以看我的手绘图，画的不好请见谅。




       关于闪存VCCQ电压，ONFI 规范5.0中2.11节指出闪存在3.3V下可以运行于SDR异步模式或NV-DDR同步模式；在1.8V下可以运行于SDR、NV-DDR、NV-DDR2；在1.2V下可以运行于NV-DDR3、NV-LPDDR4模式。可以看出来随着电压下降，闪存的传输速率是逐步提高的，个人推测是因为电压降低后控制极相对于晶体管的电压差变小了，能穿过去的电子数量减少了，因而可以以更快的速度编程，然而更少的电子也意味着数据的可靠性更低，这点也许可以从某些体质不好的闪存比如自封黑片N18A跑在1.2V不稳，但是跑在1.8V就相对稳定得到证实。从理论上来说，是否可以认为用更高的VCCQ电压工作会牺牲传输速率但是提高寿命和稳定性？但是电压高也就意味着穿过绝缘层的电子增多，对绝缘层的磨损也就增大了，反而不利于寿命，因此似乎出现了一个“电压悖论”，难道老制程SLC和MLC纯靠很厚的绝缘层硬扛吗？希望大佬能够解答。
       本人不才，只是出于爱好玩玩量产、开卡，在论坛里跟着大佬们学习了很多，受益匪浅，关于NAND Flash的原理的理解粗浅，难免有不少错漏之处，还望大佬们予以指正。希望可以借这个帖子抛砖引玉，大家都来分享一下自己的理解，真理越辩越明，希望各位和气交流，一同进步！



补充内容 (2023-12-26 17:05):
https://www.kioxia.com/en-jp/rd/technology/multi-level-cell.html
来自KIOXIA铠侠官网的闪存基本原理科普

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什么是pSLC Nand Flash？有什么优点呢？这是pSLC模式与快速页面模式的原理以及区别的科普，其中提到了pSLC需要存储厂商需要开放特殊指令才能配置，说明不是任何颗粒都支持pSLC的，但是快页模式由于不改变阈值电压，只需要主控支持就可以了。

章鱼果冻

参考这些论文,https://past.date-conference.com ... PDFFILES/08.4_2.PDF, https://patents.google.com/patent/US8429334B2/en, 强壮页(快页)相比MLC能有较大提升(热稳定性和P/E次数), 但是达不到SLC的级别, 介于mlc和slc之间, P/E在6K-8K之间, FLASH颗粒也分成三种: 完全不支持pSLC的, 支持选择部分块作为pSLC Cache的(B16, B17等), 支持整片转换为SLC的(L06B,M16等)

ABCDEEFGHwj

争锋麦芒 发表于 2023-12-22 17:08
这种问题其实已经讨论太多了，如果PSLC真的有用，那么强如闪存的发明者东芝现在还在生产全新的8S2F，SLC最 ...

SLC强的是寿命和读取速度吧，毕竟就两个状态，一根判决线就可以读

独家拥有ztl

感谢楼主科普，我大概在2018年的时候用46en搭配一颗拆机的8DDL开强壮的页测过，连续挂机半年多用URWtest跑圈，一共跑了大概6万圈，跑完后做了一年的高温老化测试完美通过，又放在抽屉里放了一年多，再拿出来时通电读取有点慢，过了十几秒认盘后用URWtest校验一遍 期间有几次速度降低，C3也猛涨，但是最终是无错误跑完了。又放了大概半年吧，拿出来就已经不读盘了。我就是个底层diy佬，研究的不深，并不知道其中原理是什么。
有一次用16颗全新的7ddk开强壮的页卖给矿老板，他一直用到奇亚崩盘也没用坏，具体多少写入量他没看。
也有一次是用两颗1EFL开强壮的页，不到半年就掉固件返修了
最后一次是用8颗9DDK开强壮的页，目前客户还没联系我，应该是没坏。

longnan

认真有用的科普

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chinaren12 发表于 2024-1-28 17:45
支持一下，感谢楼主的科普。。。

共同进步

chinaren12

支持一下，感谢楼主的科普。。。

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技术宅小唐 发表于 2024-1-26 23:02
迈威918x开卡要冶具和驱动，单有MP工具不行的，除了nv1120不用驱动可以开，918x 1074 1093 1092 1160都需 ...

和群联一样需要治具和驱动啊，那无解了。。。群联的工具流出来也没用，得要PS2012-C

技术宅小唐

007 发表于 2024-1-22 11:25
牛啊，9188到现在也没有工具流出

迈威918x开卡要冶具和驱动，单有MP工具不行的，除了nv1120不用驱动可以开，918x 1074 1093 1092 1160都需要USB驱动，工厂电脑生产完成以后会格硬盘，老化不良盘直接拆F不会二开，MP 驱动 固件很难流出来

007

技术宅小唐 发表于 2024-1-14 01:16
楼上那能58xt开04T满容就极其自我优越的闲鱼***家算是坛里特色之一了，我2016 2017年还在某兴公司上班的 ...

牛啊，9188到现在也没有工具流出

技术宅小唐

007 发表于 2023-12-22 20:43
哈哈，他可以把自己认为的也写出来而不是总让别人悟，他又不是佛祖，大家还要悟道不成。说不出个所以然来 ...

楼上那能58xt开04T满容就极其自我优越的闲鱼***家算是坛里特色之一了，我2016 2017年还在某兴公司上班的时候开迈威SS9188开DDJ DDK DDL L95B PSLC跟玩一样，它还不知道在哪打螺丝

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testzhou 发表于 2023-12-29 09:06
不懂  帮顶！！！

感谢友情顶贴！

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Avidia 发表于 2023-12-29 01:52
B4SLC的Datasheet上都写明了是4Kpage 16Plane的，但是三星ZNand不是4KP

的确是4K Page的，Z-NAND没有资料，只能查到SZ985的介绍。

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thh-1980 发表于 2023-12-28 18:49
我现在用的三星颗粒UHGY8U7A就是132的，27nm制程，8ce64G容量，只做个系统，就是46en的固件不能显示写入 ...

三星830的吧，挺老的颗粒了，2012年的。8CE才64G，单Die的容量是真的小。我有两片K9PFGD8U7M，32G 8CE BGA136的颗粒，那叫一个鸡肋。

Avidia

perter 发表于 2023-12-28 16:06
这边我资料不多，如果确认是4kp的话那么这东西就是完完全全的独立产品，并不是某种共底了，话说回来某老 ...

B4SLC的Datasheet上都写明了是4Kpage 16Plane的，但是三星ZNand不是4KP

thh-1980

007 发表于 2023-12-28 14:26
是的，perter大佬QQ私聊我发了这几个颗粒的照片，其中铠侠的颗粒结尾BA4M的Flash Master查询不到，只能查 ...

我现在用的三星颗粒UHGY8U7A就是132的，27nm制程，8ce64G容量，只做个系统，就是46en的固件不能显示写入和读取量

thh-1980

Avidia 发表于 2023-12-28 13:16
05546的原配是46XT，但是闪迪是个魔鬼，闪迪原盘是自家的固件，他们自家的Z400s固件强到能把15nmMLC的最 ...

大佬厉害，怪不得有人说闪迪的sata废盘上拆下的15nm颗粒容易爆红

perter

007 发表于 2023-12-28 16:35
感谢，拿CPU来举例我就瞬间理解了，说到底就是制程同代。期待科普文章。 ...

同制程同代也不一定供底，比如12400和12490就不共底，相反好像12490和12600共底，主要是他们是不是用的是一套设计图只是靠屏蔽得到的。

007

perter 发表于 2023-12-28 16:12
所谓“共底”指的是用一套光刻电路纯粹靠软件或者硬件的屏蔽实现对不同产品的划分，比如cpu 12600kf和126 ...

感谢，拿CPU来举例我就瞬间理解了，说到底就是制程同代。期待科普文章。

007

perter 发表于 2023-12-28 16:06
这边我资料不多，如果确认是4kp的话那么这东西就是完完全全的独立产品，并不是某种共底了，话说回来某老 ...

这个得问Avidia大佬了，三星似乎没有说过它的Z-NAND是4K Page。46系列不支持4K Page颗粒确实挺可惜，在论坛看过几次有人问怎么开不了结果底下有人说是4K颗粒，只能拆了上917的。

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perter 发表于 2023-12-28 16:02
这个应该是主控厂商不愿写固件吧，is903没有放出过4kp固件但是某些版本里面有4kp配置，也就是说他们应该 ...

917的确是903的缩肛版本，如果不是跳线奇怪+稳定性堪忧的话确实还是支持很广的主控，而且也带1.8V VCCQ。