大規模快閃記憶體儲存系統之耐久度暨可靠性之研究

Abstract

快閃記憶體為一種非揮發性的記憶媒體，並有著耐震，低能源消耗的良好特性。因此， 快閃記憶體相當適合作為嵌入式系統所使用之儲存媒體。舉例來說，快閃記憶體儲存系 統可以應用在電源有限的行動裝置裡，或者是暴露在極端操作環境下的生產控制系統 中。近來，由於消費性電子產品與嵌入式計算系統的推波助瀾，快閃記憶體的製造技術 不論是在容量，功能，以及可靠性上均有長足的進步。也因此，在嵌入式系統中佈署大 規模的快閃記憶體儲存系統已然是一種趨勢。 由於快閃記憶體有著相當特殊的硬體特性，不僅一般使用於動態隨機存取記憶體或外部 記憶體（如磁碟等）的管理策略不適合直接使用在快閃記憶體上，現存的方法套用於高 容量的快閃記憶體時也會遇到效能與資源使用的兩難局面。以往，快閃記憶體多被使用 於存取行為比較簡單的消費性電子產品，如用以儲存數位相片、音樂、以及數位影片。 當高容量大規模的快閃記體儲存系統開始被廣泛使用，除了消費性電子產品以外，一些 存取行為較複雜之嵌入式系統或行動裝置亦將開始使用快閃記憶體儲存系統，如機上 盒，個人資訊助理，甚至是行動PC。與以往的研究不同的是，本計畫的主要目的在於， 在複雜的存取行為之下，如何以極有限的系統資源（如，CPU 時間以及RAM 空間）來 有效率地處理大規模快閃記憶體儲存系統之可靠性及耐久度的問題。具體來說，本研究 計畫之命題有三：（一）如何使用有限的系統資源，達成平均磨損高容量快閃記憶體上 之所有抹除單位並延長整體壽命之目的，（二）如何有效地組織快閃記憶體上的資料， 使得它們可以在開機時可以快速被分析，並可修復因為斷電造成之資料不一致的現象， 以及（三）如何在平行化之架構設計之下，以先進快閃記憶體提供之高儲存容量靈活地 換取更高之系統可靠性、更高之存取效能、以及更低之能源消耗。 我們相信，在不久的將來，工業界在設計大規模快閃記憶體儲存系統時，必然會面對我 們目前所嘗試解決的問題。尤其是台灣廠商投入在快閃記憶體儲存系統的努力相當可 觀，因此，不論就學術價值以及業界需要來看，這個計畫的成果將非常可能轉化為我們 本土廠商的助力。