NAND闪存磨损均衡技术专利综述

【摘 要】NAND闪存以其高访问速度，易集成化以及低功耗等特性成为应用最为广泛的存储介质。磨损均衡技术对于延长NAND闪存的寿命，提高闪存块的使用效率起到重要的作用。本文通过分析NAND闪存磨损均衡技术是否考虑冷数据的均衡对磨损均衡技术进行分类，并从分类所得的技术分支对NAND闪存磨损均衡的专利技术进行了综述。

【关键词】NAND闪存 磨损均衡 损耗均衡 延长使用寿命

1 闪存磨损均衡技术概述

1989年，东芝公司发表了NAND结构，强调降低每比特的成本，追求更高的性能，并被大量应用于移动设备和嵌入式设备中。NAND闪存是由一定数量的块组成的，物理块是擦除的最小单位，而读和写都是以页为单位。写操作只能在空白块或者已擦除的块内进行，并且每个擦除块的擦除次数有限，一般是在10万次到100万次之间。所以需要运用磨损均衡算法使擦除操作平均地发生在各个块上。

磨损均衡算法的核心是在每次写操作时将新数据写入到最少被使用的物理块中，来达到整个固态硬盘存储介质的擦除次数均衡，从而可以大大提高整个固态硬盘的寿命。

2 NAND闪存磨损均衡技术专利实证分析

专利信息实证分析是从专利文献中采集专利信息，对其主要指标进行加工、整理和分析，这些主要指标包括如技术发展趋势分析、年度趋势分析、申请人（发明人）分析、技术分支分析等等。本文首先确定所需的专利检索的关键词和分类号，检索出形成本文分析所需的中英文专利申请共111篇文献，其中中文文献77篇，英文文献34篇，并标引分析。

2.1 申请时间和数量

分析得出国内外NAND闪存磨损均衡技术专利申请随时间的申请量的变化的分析结果如图2-1-1所示。可以看出近几年来，随着NAND闪存磨损均衡的技术的发展，NAND闪存磨损均衡领域的创新活动也越来越活跃，NAND闪存磨损均衡专利技术年度申请量快速增加。

2.2 主要技术分支和数量

分析得出国内外NAND闪存磨损均衡技术专利申请的主要技术分支的分析结果如图2-2-1所示。针对NAND闪存磨损均衡技术专利申请的研究，主要分为两个技术分支：动态磨损均衡技术和静态磨损均衡技术。从图可知，静态磨损均衡技术和动态磨损均衡技术的申请量均呈现一个逐年增长的情况。

3 NAND闪存磨损均衡的主要分类与分析

本章将从上述两个技术分支对检索得到的111篇国内外关于NAND闪存磨损均衡技术的专利申请进行具体分析。

3.1 动态均衡磨损技术

动态磨损均衡技术侧重于更新数据时对目标物理页的选择，是将新版本的数据写到别的页上去，原来的数据标示为无效，那么存放无效数据的页在垃圾回收时就能得到擦除的机会。代表性专利为：CN200610113624。而对于更新的数据，将数据写入替换块里，然后将原块链接到垃圾链里面。

3.2 静态磨损均衡技术

如果某块上存放的都是更新频率很低的静态数据或称为“冷”数据，故其上出现的脏页很少，结果这个块的擦除次数要明显小于别的块，导致损耗的不均衡性，为解决这一问题，即出现了静态磨损均衡算法。静态磨损均衡技术按照在处理过程中是否带有随机性，分为随机性技术，以及在处理过程中不带有随机性的确定性技术。

随机性磨损均衡技术，其处理思想基于统计学理论，算法中的随机参数多采用均匀的概率分布，通过大量处理来实现损耗的均匀分布。代表性专利是：US20010870315。

确定性磨损均衡技术，记录各个物理块的擦除次数和块上存放数据的时间长短等一些能做出磨损均衡处理决定的信息，用这些信息来做出明确的处理决定。确定性磨损均衡技术又可以分成两类：静态周期型确定性磨损均衡技术和静态全局型确定性磨损均衡技术。

静态周期型确定性磨损均衡技术将闪存寿命看做是由一个个的磨损均衡处理周期构成的。在一个处理周期中，已达到规定的擦除次数的块在这一轮周期中将不会再被选中，这样就能使各个块都达到相同的擦除次数。代表性专利是：CN201110161755。

静态全局型确定性磨损均衡技术并不划分处理周期，而是在一个全局范围内控制块的损耗均衡。当任何两个块的擦除次数之差超过一个给定的阈值时，或者当某块的擦除次数超过了所有块的平均擦除次数时，启动磨损均衡处理，将擦除次数少的块上数据和擦除次数多的块上数据进行交换。代表性专利有：US20040799039。

4 技术综述在审查实践中的应用

在撰写以上专利技术综述的过程中，通过对涉及动态磨损均衡和静态磨损均衡的的国内外专利进行集中收集、阅读和梳理，在较短时间内了解了该领域专利技术的发展脉络，掌握了国内外主要申请人的技术发展状况，有效提高了对于专利申请发明点的把握，为后续的审查实践中处理实际案例提供了指导和依据。