闪存的基础知识1-Vt的编码

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前言

本节主要介绍闪存的一些编码规则

一、SLC的编码

对于SLC来说，可以定义编程态为0、擦除态为1。

二、使SLC的编码

对MLC来说，因为有四个状态，就需要使用“00、01、10、11”来表征各个Vt分布。在上世纪末，英特尔提出MLC的概念时，就引入了通信协议中常用的格雷码(Gray Code)的概念，以降低“信道”的误码率。

闪存中所讲的“信道”就是闪存本身。把数据存入闪存，再把数据从闪存里读出来，就好像通信中在信道的输入端输入信号，再从信道的输出端获取信号那样。唯一不同的是，通信是在空间域里传输信息，“information transfer from here to there”，而存储器是在时间域里传输信息，“information transfer from now to future”。所以在闪存的编码里，沿用了许多通信编码技术，格雷码就是其中之一。

三、格雷码的介绍

1.定义：

若任意两个物理状态相邻(状态距离为1)，则这两个物理状态的编码在二进制上只允许有1个bit的变化(码距为1)。

2.举例

举个例子：二进制100和110之间只有第二位是翻转的(码距d=1)，而二进制101和010就有三个bit的翻转(码距d=3)。码距就是两个码之间的bit翻转数，用字母d来表示，具体概念这里就不赘述了。那为什么我们希望两个相邻物理状态的码距为1呢？这是基于一个朴素的想法，即“因为两个相邻状态(t=1)之间翻转而产生误码的几率，要远大于两个非相邻状态(t>1)之间翻转而产生误码的几率”。设误码率为P，Vt分布之间的距离为t，用公式表达，就是

P(t=1) >> P(t=2)>>P(t=3)

假设MLC的编码不是格雷码，而是用最常用的顺序编码，令擦除态为11、最高的编程态为00，则得到? 11? ?10? 01? 00

第二个分布的编码是10，第三个分布的编码是01。虽然从十进制看，各个分布的编码符合3、2、1、0的顺序编码，但其中有两个相邻分布(t=1)的编码，在二进制上有两个bit的翻转，即d=2：

为了有效降低误码率，MLC闪存使用格雷码，定义各个状态的二进制编码为11? 01? 00 10

于是这个编码的低位bit自然也就映射到了低位页(LP)的数据。

相对应的，我们可以在第一第二分布之间，以及第三第四分布之间放两个比较电压，称为Vref_UP1和Vref_UP2，用来读取闪存中高位页(UP)的数据，并定义落在Vref_UP1和Vref_UP2之间的Vt被读成0、落在Vref_UP1和Vref_UP2之外的Vt被读成1，

上面的话题也引出了另一个要点：MLC有4个状态，需要比较三次才能把MLC的LP和UP中的数据都读出来。其中LP只需要比较1次，UP则需要比较2次，所以UP的读取速度比LP的读取速度慢很多，虽然不是两倍，但差距也很可观。

顺序编码的话，至少有三个相邻Vt分布(t=1)的编码会翻转超过1个bit (d>1)。

为满足低误码率的需求，在保持最低的擦除态Vt编码为111的预设前提下，TLC上至少可以构造出几个不同的格雷码

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总结

QLC和PLC能够构造的格雷码更多，那么我们究竟应该选哪个编码使用呢？这就牵涉到每一个页的读取速度平衡问题：TLC上需要平衡低位页(LP)，中位页(Middle Page, MP)，高位页(UP)的读取速度，以达成在系统端的性能优化。