¿Qué es un bloque en la memoria flash NAND?

¿Qué es un bloque en la memoria flash NAND?

En la memoria NAND Flash, un «bloque» se refiere a un grupo de páginas, que son las unidades básicas para leer, escribir y borrar datos. La memoria NAND Flash está organizada jerárquicamente, con la matriz de memoria dividida en bloques y cada bloque dividido en páginas. El tamaño de un bloque en NAND Flash puede variar según el tipo específico de NAND y el fabricante, pero normalmente, un bloque consta de varios cientos a unos pocos miles de páginas.

Una página es la unidad de datos más pequeña que se puede leer o escribir, mientras que una El bloque es la unidad más pequeña que se puede borrar.. Cada página normalmente consta de unos pocos kilobytes de espacio de almacenamiento de datos, junto con un área más pequeña para almacenar datos del código de corrección de errores (ECC). El tamaño exacto de una página y un bloque puede variar, con tamaños de página comunes que van desde 2 KB a 16 KB, y tamaños de bloque pueden variar desde 128 KB a varios megabytes en dispositivos NAND Flash modernos..

Cuando los datos se escriben en NAND Flash, se escriben a nivel de página, pero cuando es necesario borrarlos, se debe borrar todo el bloque que contiene esa página. Esta característica es una de las razones por las que los algoritmos de gestión de NAND Flash, como la nivelación de desgaste y la gestión de bloques defectuosos, son importantes para mantener la integridad y el rendimiento de los dispositivos de almacenamiento NAND Flash a lo largo del tiempo.

Recurso

La importancia de los bloques en NAND Flash

La memoria NAND Flash está organizada jerárquicamente, con celdas agrupadas en páginas, páginas en bloques y bloques en planos y troqueles. Los bloques son una capa intermedia crucial en esta jerarquía, que sirve como puente entre el control detallado que ofrecen las páginas y la estructura organizativa más amplia de planos y troqueles.

En NAND Flash, mientras que la unidad más pequeña de datos que se puede leer o escribir es la página, la unidad más pequeña que se puede borrar es el bloque. Esto significa que incluso si solo es necesario eliminar una pequeña cantidad de datos, se debe borrar todo el bloque que contiene esos datos. Esta característica es fundamental para el diseño y la gestión de sistemas de almacenamiento NAND Flash.

1. Nivelación de desgaste y resistencia

  • Nivelación de desgaste: La memoria NAND Flash tiene un número limitado de ciclos de programa/borrado (P/E), lo que hace que la nivelación del desgaste sea una técnica crítica para extender la vida útil de un dispositivo de almacenamiento NAND Flash. Los algoritmos de nivelación de desgaste funcionan distribuyendo uniformemente los ciclos de escritura y borrado en la memoria, lo que garantiza que ningún bloque se desgaste prematuramente. Los bloques desempeñan un papel clave en estos algoritmos, ya que son las unidades más pequeñas sobre las que se puede aplicar la nivelación del desgaste.
  • Mala gestión de bloques: Con el tiempo, los bloques pueden desgastarse o dañarse, lo que genera lo que se conoce como «bloques defectuosos». Los dispositivos de almacenamiento NAND Flash incluyen mecanismos para identificar y gestionar estos bloques defectuosos, normalmente marcándolos como inutilizables y asignando datos a bloques de repuesto. Esta gestión es esencial para mantener la confiabilidad del dispositivo de almacenamiento durante su vida útil.

2. Optimización del rendimiento

  • Recolección de basura y amplificación de escritura: Debido a que los datos solo se pueden escribir en páginas vacías dentro de un bloque y los bloques deben borrarse antes de reutilizarse, los dispositivos de almacenamiento NAND Flash emplean procesos de recolección de basura para administrar el espacio de manera eficiente. Estos procesos pueden conducir a una amplificación de escritura, donde la cantidad de escrituras físicas en la memoria es mucho mayor que las escrituras lógicas solicitadas por el sistema. La gestión eficiente de bloques ayuda a mitigar la amplificación de escritura al optimizar la forma en que se organizan y borran los datos.
  • Comando RECORTAR: El comando TRIM permite que el sistema operativo informe a un dispositivo de almacenamiento NAND Flash qué bloques de datos ya no son necesarios y se pueden borrar. Esto ayuda a mantener el rendimiento a lo largo del tiempo al preparar bloques para nuevos datos, lo que reduce la necesidad de recolección de basura sobre la marcha.

3. Corrección de errores e integridad de los datos

  • Códigos de corrección de errores (ECC): Los bloques en NAND Flash contienen no solo páginas de datos sino también áreas libres para almacenar ECC. ECC es vital para detectar y corregir errores que ocurren con el tiempo debido al desgaste de las celdas, fugas de carga u otros factores. La gestión eficaz de bloques incluye garantizar que ECC se aplique y mantenga correctamente para preservar la integridad de los datos.

Tamaño de bloque

Los bloques más grandes significan que se deben borrar y reescribir más datos, incluso si solo es necesario cambiar una pequeña cantidad de datos, lo que podría generar un rendimiento de escritura más lento debido a la necesidad de procesos de recolección de basura más extensos. Por el contrario, los bloques más pequeños pueden reducir la cantidad de datos que deben moverse durante estas operaciones, mejorando el rendimiento.

El tamaño del bloque también puede afectar el rendimiento de lectura, aunque en menor medida. Los bloques más pequeños pueden permitir una lectura más eficiente de los datos al reducir la cantidad de datos innecesarios leídos cuando solo se necesita información específica.

La resistencia de la memoria NAND Flash está estrechamente ligada a sus ciclos de escritura y borrado. Los bloques más pequeños pueden facilitar una nivelación de desgaste más efectiva al proporcionar una granularidad más fina en la que las escrituras y borrados se distribuyen por la memoria, lo que potencialmente prolonga la vida útil del dispositivo.


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