現(xiàn)在我們盤點(diǎn)技術(shù)熱詞，似乎人工智能和區(qū)塊鏈話題熱度呈直線上升。但其實(shí)所有這些都構(gòu)建在閃存的基礎(chǔ)架構(gòu)上，而閃存作為數(shù)據(jù)存儲的基石，其可用性，可靠性和性能是對用戶的最基本保障，因此如何從基礎(chǔ)設(shè)施角度對閃存的可靠性，可用性以及測試方法展開研究無論是業(yè)內(nèi)企業(yè)還是研究機(jī)構(gòu)而言都至關(guān)重要。

2018年12月12日，中國存儲與數(shù)據(jù)峰會，存儲可靠性與測試技術(shù)論壇上，華中科技大學(xué)副教授吳非老師為我們帶來了《3D CT閃存性能和可靠性分析和優(yōu)化方法研究》的主題演講。主要內(nèi)容為3D堆疊閃存機(jī)理分析，3D CT閃存性能特性和可靠性特性分析，以及快速擬合讀參考電壓優(yōu)化讀性能方法。而站在CT隊(duì)列的代表方則主要有東芝，三星，SK海力士，長江存儲等。

以下為演講實(shí)錄：

現(xiàn)在的3D閃存有兩種組織架構(gòu)，F(xiàn)loating Gate（浮柵）和Charge Trap（電荷捕獲）。我今天主要分享關(guān)于Charge Trap目前的可靠性。

華中科技大學(xué)的存儲研究極具歷史性，我們的前輩從六十年代開始就從事硬盤到SSD到各種存儲系統(tǒng)，海量的存儲系統(tǒng)和云存儲，到今天的各種微型存儲器研究，科研隊(duì)伍達(dá)到500人，甚至超過了一些中型企業(yè)的人數(shù)。

首先來看一下閃存。兩年前，我們基本上切換到了3D堆疊的閃存模式，3D NAND包含兩大陣營，陣營一以英特爾和美光為代表，采用的是Floating Gate（浮柵）型3D堆疊閃存，陣營二以東芝、三星，SK海力士和我國的長江存儲為代表，他們采用的是Charge Trap（電荷捕獲）結(jié)構(gòu)。

其中，兩種結(jié)構(gòu)的本質(zhì)區(qū)別是Charge Trap的結(jié)構(gòu)明顯可以看到中間的存儲層很薄，而Floating Gate存儲層特別厚，原因在于采用Floating Gate的結(jié)構(gòu)是一個(gè)導(dǎo)體，上下兩層有兩個(gè)絕緣體構(gòu)成了氧化層，我們是將電子存在浮柵層里，而Charge Trap中間的存儲層，我們成為電荷捕獲效應(yīng)，是一個(gè)絕緣體，我們知道一個(gè)絕緣體的好處在于其電荷存儲進(jìn)去就像一個(gè)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，電子就被網(wǎng)住不容易出來，因此相對來說，Charge Trap結(jié)構(gòu)的可靠性會更好一些。

Floating Gate的存儲層更薄，原因還在于它是一個(gè)導(dǎo)體的形式，隨著我們對它的寫入次數(shù)增加，這個(gè)層會被磨的越來越薄，因?yàn)槭菍?dǎo)體，它就會像形成一個(gè)通路一樣，電荷很容易泄露，我們的數(shù)據(jù)就沒有辦法在里面正常的存儲，因此Floating Gate的耐久性和Charge Trap比起來，會更差。

而Charge Trap因?yàn)槭墙^緣體，像一個(gè)漁網(wǎng)一樣的，電荷被網(wǎng)進(jìn)以后，不容易跑出，因此這種結(jié)構(gòu)，電荷易進(jìn)不易出，耐久性就會好一些。但Charge Trap也有它的問題，它的數(shù)據(jù)保持特性（性能指標(biāo)）更差，稍后我們來看一下原因。

我們知道數(shù)據(jù)是基礎(chǔ)，存儲是基石。為了滿足大數(shù)據(jù)時(shí)代的需求，我們要讓存儲容量越大越好，再看今天我們構(gòu)建的大容量存儲芯片，實(shí)際上我們只做了三件事：

1.把“房子”越蓋越高。采用了3D堆疊的方式。

2.“房間”里坐的人越來越多，一個(gè)單元存儲多個(gè)bit。

3.把“墻”越做越薄，制程工藝越來越小，帶來的問題就是串?dāng)_越來越嚴(yán)重。

而從系統(tǒng)和設(shè)備角度出發(fā)，我們要構(gòu)建一個(gè)可靠的設(shè)備或存儲介質(zhì)，必須要清晰地理解這個(gè)介質(zhì)的不可靠性究竟是如何產(chǎn)生的？

現(xiàn)在我們來看一下針對Charge Trap結(jié)構(gòu)的3D閃存。我們對它從性能角度上進(jìn)行了完整性測試。從測試的結(jié)果來看，性能上無外乎是讀寫擦三件事，從它的編程特性來看，隨著P/E Cycle（Program/Erase，編程和擦除周期）的增加，其延遲是越來越小的。

原因是我們在3D閃存的編程里是一個(gè)隧穿效應(yīng)，電子更容易進(jìn)去了，因此它的編程延遲就更小。而從擦除特性看，它的電荷是易進(jìn)不易出，Charge Trap結(jié)構(gòu)，實(shí)際上氧化層很薄，在寫入過程中，又會產(chǎn)生額外的缺陷，就是導(dǎo)致了負(fù)電壓，我們知道，本來就加了一個(gè)很高的正電壓，有負(fù)電壓后正電壓變小，導(dǎo)致電荷更不容易出來，因此它的編程延遲變得越來越大。同時(shí)我們看到，這個(gè)特性呈現(xiàn)出了一個(gè)很強(qiáng)的階梯特性，前期只需要校驗(yàn)一次，后期要校驗(yàn)多次。