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o electricista Andreas Krizan Product Sales Manager Commodities, Rutronik
RUTRONIK
{«MANAGED NAND»: ALTERNATIVA À NOR FLASH}
As aplicações do tipo MP3 player, telemóveis e placas de memória tornaram a tecnologia NAND popular. A sua grande vantagem são as elevadas densidades de memória a preços económicos em comparação com a tecnologia NOR. Contudo, o rápido progresso tecnológico com geometrias do processo cada vez mais pequenas e as circunstâncias a elas ligadas, dificultam ou impedem até o emprego destes produtos em aplicações industriais. A memória «managed NAND» (e-MMC – placa multimédia integrada) oferece a solução adequada, pois aqui, o controlador integrado adapta as alterações tecnológicas. A ARQUITECTURA DO SISTEMA NAND As memórias NAND estão divididas em páginas (pages) e blocos. O tamanho das páginas varia entre 512 bytes e 4 KB, no caso de módulos flash maiores. As páginas estão agrupadas em blocos. Em memórias pequenas, o tamanho dos blocos é de 16 KB e, no caso de maiores densidades, de 512 KB. Uma página (page) é a menor unidade programável. O apagamento só pode ser feito de bloco em bloco. Os ciclos de programação e apagamento estão especificados com 100.000 ciclos na tecnologia SLC (Single Level Cell) e com um máximo de 10.000 ciclos na tecnologia MLC (Multi Level Cell). Após estes ciclos, as células podem voltar a ser programadas, verificando-se, contudo, um pequeno aumento da taxa RBER (Raw Bit Error Rate). A cada página está atribuída mais uma área, a chamada «spare Page». Aqui, são armazenadas pelo fabricante as marcações dos blocos deficientes (Bad Blocks). Estas já estão disponíveis aquando da entrega e têm de ser consideradas, mais tarde, pelo software de controlo. Para o comando de acesso são necessários controladores NAND correspondentes. O barramento de dados possui, normalmente, 8 ou 16 bits.
NAND FAILURE MODES (MODOS DE FALHA NAND) A tecnologia NAND tem uma desvantagem em relação à tecnologia
NOR: é menos segura, devido a diversos efeitos de falha. Estes efeitos típicos da tecnologia NAND podem ser classificados nas duas categorias de erros seguintes: › Erros de estado dos blocos: não é possível concluir com êxito um ciclo de escrita ou de apagamento num determinado bloco. › Taxas de erros de bits (Bit Error Rates): os erros de bits podem ser restabelecidos em função do respectivo grau de correcção de erros (ECC – Error Code Correction). Esta correcção não leva a qualquer perda de dados nem a qualquer erro de estado. Há dois tipos de taxas de erros: a taxa RBER (Raw Bit Error Rate) que designa os erros antes da execução da correcção de erros, e a taxa UBER (Uncorrectable Bit Error Rate) que é a taxa de erros após a correcção. A taxa UBER pode ser calculada com o auxílio da taxa RBER medida e de um nível específico de correcção de erros. Quanto mais alto for o grau de correcção de erros, tanto mais baixa será a quantidade de erros UBER. Desta forma, obtêm-se taxas de erros UBER de 1.0E-19 a 1.0E-15, o que torna as memórias NAND tão seguras como as memórias NOR.
NAND FAILURE MECHANISM (MECANISMO DE FALHA NAND) Porque é que a tecnologia NAND tem mais tendência para falhas? Há diversos motivos. Todos os mecanismos de falha abaixo indicados po-
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ser transferidos para outro bloco e o bloco em que ocorreu a falha deverá ser marcado como «Bad Block» e não voltar a ser utilizado. O sistema de correcção de erros elimina os erros ocorridos. Além disso, os metadados do sistema de gestão de blocos devem ser gravados numa área adicional com sistema ECC. A inscrição homogénea de todos os blocos válidos (wear leveling) também contribui para o aumento da durabilidade das células.
ESPAÇO, TEMPO E CUSTOS: TRIPLA POUPANÇA GRAÇAS À MEMÓRIA «MANAGED NAND» Os sistemas de gestão de blocos e de correcção de erros variam de fabricante para fabricante e em função da tecnologia. Qualquer alteração no tamanho dos blocos ou das páginas, assim como a introdução de novas funções significam, para o utilizador, um enorme dispêndio de tempo e de trabalho. Quando há uma mudança tecnológica para estruturas de menores dimensões, a taxa RBER (Raw Bit Error Rate) altera-se, o que implica um novo cálculo dos esquemas de correcção ECC e dos algoritmos de «Wear Leveling». O nível FTL (Flash Translation Layer) tem de ser adaptado aos novos tamanhos das páginas e dos blocos. Normalmente, os fabricantes procedem a mudanças tecnológicas deste tipo em intervalos de 9-15 meses.
Uma vez que as alterações tecnológicas só têm lugar no controlador MMC, estas deixam de ser visíveis para o host, o que implica uma série de vantagens: uma fase de desenvolvimento mais fácil e mais curta e um preço nitidamente mais económico em comparação com a memória NOR ou com a memória flash SLC-NAND, graças à utilização da tecnologia MLC. A memória «managed NAND» é aplicada, principalmente, em sistemas de navegação, «Set Top Boxen», kits de mãos livres e aplicações multimédia, visto que as vantagens desta tecnologia são, aqui, fortemente aproveitadas. Os enormes espaços de memória também tornam a «managed NAND» interessante para aplicações com computador integrado ou como substituta das placas de memória. Se o suporte não tiver que ser substituído, ela oferece aqui não só uma economia de espaço, mas também uma redução de custos, visto que dispensa o slot da placa. A memória «managed NAND» está disponível em tamanhos de 2 GBytes a 32 GBytes como componente BGA, e oferece taxas de dados até, no máx., 52 MB/s, conforme a configuração. (Figura 5).
A memória «managed NAND» (e-MMC) da Micron Technology facilita grandemente estas adaptações. Com o seu controlador MMC integrado, assume as funções de gestão de blocos deficientes (Bad Block Management), de correcção ECC e de «Wear Leveling». O interface MMC faz da memória «managed NAND» uma memória NAND estandardizada semelhante a uma placa de memória, mas como discreto acessório. (Figura 4) Figura 5 . Memória «managed NAND» (e-MMC) 12 mm x 16 mm x 1,3 mm, como pacote BGA, da Micron Technology.
Figura 4 . NAND / «managed NAND»: o controlador MMC integrado faz da memória «managed NAND» da Micron Technology uma memória NAND estandar-
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