NAND介质工程

读电压重试的真实代价:阈值漂移建模与恢复阶梯设计

作者:军航科工半导体Read Retry / 阈值电压漂移 / 读干扰

重试档数不是纠错余量,而是延迟。把首读打准,比把重试表拉长更重要。

阈值分布往三个方向漂

NAND单元的阈值电压分布不是静态的。反复擦写在隧穿氧化层中积累陷阱电荷,使分布整体展宽;数据写入后长时间放置,电荷缓慢流失,分布左移;同一Block内被频繁读取的Wordline受读干扰影响而轻微右移。此外还有交叉温度效应——编程时的结温与读取时不同,最优参考点随之偏移。几种机制方向并不一致,这正是一张固定读电压表在企业级场景下不够用的根本原因。

重试档数是延迟,不是余量

每增加一档重试,就是一次完整的Page读取、数据传输和译码。J750/J770规划的QD1平均读延迟为65 µs;命中第五档重试意味着这条命令延迟被放大数倍,而它恰好落在分布尾部,直接抬高P99.9。所以设计目标不该是“最大能重试多少档”,而是让期望重试档数尽可能接近零——重试应当是异常路径,不是常规路径。

用状态量把首读打准

要让首读就命中,控制器需为每个Block维护擦写次数、上次编程时间戳与累计读计数,用这组状态查一张按颗粒代次标定的偏移表,在下发读命令之前就把偏置调到接近当前分布的位置。这张表无法通用:不同厂商、不同层数、不同Die的漂移系数差异明显,每引入一种颗粒都要重新标定,标定结果本身就是产品的一部分。

与LDPC的分工

纠错能力应组织成一条阶梯:硬判决译码先行,失败后进入有限档数的读重试,仍失败才升级到软判决。软判决需要在多个偏置点采样以生成可靠度信息,成本远高于一次重试,因此它与重试共用采样结果、避免重复读取。每一级都要有独立的延迟预算与触发计数,而触发率本身就是介质健康度的观测量,应当经Telemetry上报。

标定靠批量,不靠单盘

漂移模型的输入是分布而非样本点。自研的JH-ZS101测试设备单次可并行处理480片NVMe SSD,配合分区温控,能在不同擦写档位与烘烤条件下批量采集原始误码率曲面。最终要守住的指标是UBER不高于每读取10^18位一个扇区,这个量级只能靠大样本统计支撑。

关键词
Read Retry阈值电压漂移读干扰数据保持LDPC软判决交叉温度UBER军航科工