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DIGITAL FLASH MEMORIES Conservazione dei dati nelle Flash NAND Il processo di scrittura dei dati nelle celle delle flash NAND produce un ciclo di programmazione/cancel- lazione (P/E), che richiede l’applicazione di una carica elettrica relativamente elevata. Tuttavia, ogni ciclo P/E comporta una minima degradazione dello strato di os- sido all’interno della cella, che è la causa della durata limitata delle memorie di questo tipo. A un certo punto, lo strato di ossido si indebolisce finché non riesce più a trattenere in modo affidabile la carica necessaria per memorizzare i dati. Il passaggio dalla cella a singolo li- vello (SLC), che memorizza 1 bit per cella, alla cella a tri- plo livello (TLC) ha esacerbato questo problema. Poiché la cella TLC utilizza otto tensioni diverse per rappresen- tare i valori da 000 a 111 che ogni cella può memorizzare, il controllore della NAND deve aggiornare regolarmen- te le celle per garantire il mantenimento della tensione soglia. La carica elettrica si degrada naturalmente nel tempo, ma la velocità di perdita dipende dalla temperatura e dallo stato di salute della cella. Il funzionamento del flash NAND a basse temperature inferiori ai 40 °C non è motivo di preoccupazione. Ma il superamento di questa soglia comporta una drastica ed esponenziale riduzio- ne della data retention (capacità di mantenere inaltera- ti i dati), come descritto dall’equazione di Arrhenius [4] (Fig. 2). Alcuni errori causati da questo deterioramento sono parzialmente mascherati dalle routine del codice di correzione degli errori (ECC, Error Connection Code) all’interno del controllore flash. Tuttavia, ad un certo punto, le operazioni di scrittura non possono più essere completate e la cella viene considerata guasta. Il blocco associato viene quindi contrassegnato come usurato in modo che non venga più utilizzato. Sebbene gli sviluppatori di applicazioni pensino di co- noscere la quantità di dati che verrà scritta nelle memo- rie flash, la realtà è in genere diversa. Sia le flash NAND sia le flash NAND gestite dipendono da un controllore di memoria che gestisce gli accessi di scrittura a livello Fig. 3 – La differenza tra i dati scritti nella memoria flash dal processore host e il numero di scritture nelle celle di memoria NAND da parte del controller flash è definita come WAF Fig. 4 – Quando si gestiscono piccole quantità di dati, come la registrazione di dati diagnostici, può essere utile scrivere solo i dati che possono riempire un’intera pagina o un blocco della flash di pagina e di blocco dei dispositivi. Ad esempio, picco- le quantità di dati distribuiti su diversi blocchi possono essere spostate in un singolo blocco per fare spazio ad altri dati in fase di scrittura. Tuttavia, questa azione non è correlata al processo di scrittura dei dati, avviato a li- vello di applicazione, e questi cicli aggiuntivi di lettu- ra-cancellazione-modifica-scrittura accelerano l’usu- ra. Questa differenza tra i dati scritti dall’applicazione e le scritture effettive nelle celle flash è nota come fat- tore di amplificazione della scrittura (WAF, Write Am- plification Factor). Idealmente, il WAF dovrebbe essere prossimo a 1 (Fig. 3). Pertanto, è essenziale rivedere le tracce del carico di lavoro quando si lavora con le NAND gestite, come ad esempio i dispositivi di archiviazione e-MMC o UFS. Gestione dei dati secondo le migliori pratiche con memorie flash per automotive Poiché i controllori delle flash cercano di ottimizzare l’utilizzo della memoria riorganizzando lo spazio inuti- lizzato, è bene evitare di scrivere piccole quantità di dati. Si dovrebbe invece cercare di raccogliere una quantità di dati sufficiente a riempire un’intera pagina prima di salvarla nella memoria flash. Di conseguenza, le opera- zioni di scrittura del controllore diventano più efficienti e diminuisce l’usura del dispositivo. Le applicazioni di registrazione dei dati sono particolarmente soggette a questo problema. Ad esempio, se tali dati non riempio- no una pagina, conviene bufferizzarli fino a riempire un intero blocco (Fig. 4). I dispositivi NAND gestiti, come l’UFS per applicazioni automotive THGAFBT2T83BABI da 512 GB di KIOXIA , forniscono una funzione di cache di scrittura che può essere attivata in questi casi. Infine, l’archiviazione gestita offre informazioni det- tagliate sullo stato di salute delle flash NAND, come ad esempio i dati relativi all’usura e all’aspettativa di vita. La gamma di dati diagnostici sull’e-MMC è limitata e, ELETTRONICA OGGI 510 - MAGGIO 2023 50