T E L KO M NIK A In d o n e s i a n  J o u r n a l o f   E le c t r ic a E n g in e e r in g V o l . 1 2 , No .  9 S e p te m b e r  2 0 1 4 , p p . 6 9 4 0 ~ 6 9 4 5 DO I: 1 0 . 1 1 5 9 1 /t e l k o m n i k a .v 1 2 i 9 . 4 6 1 6 6 9 4 0 Re c e i v e d No v e m b e r 3 , 2 0 1 3 ; Re v i s e d M a y  2 5 ,  2 0 1 4 A c c e p te d J u n e 8 , 2 0 1 4 S ch em e s f o r  E x t en d in g   t h e  L if e t im o f  S S D Ka i Bu * 1 , Hu X u 2 , Q i y o u   X ie 3 , W e i Y i 4 Sc h o o l   o f   E l e c t ro n i c   S c i e n c e   a n d   En g i n e e r i n g ,   N a t i o n a l   U n i v e rs i t y   o f D e f e n s e   T e c h n o l o g y , C h a n g s h a   4 1 0 0 7 3 , Pe o p l e s   R e p u b l i c   o f   C h i n a , * C o rre s p o n d i n g   a u t h o r,   e - m a i l : b o o q u a i @ 1 6 3 . c o m 1 ,   X u h u i @ n u d t - e s s s . c o m 2 ,   y i w e i 4 0 9 @ 1 6 3 . c o m 3 x q y _ g ra t i t u d e @ 1 6 3 . c o m 4 Ab s t r a c t T h e   l i m i t e d   u s e   l i f e t i m e   i s   a   s i g n i f i c a n t   d ra w b a c k   o f   t h e   s o l i d   s t a t e   d i s k   ( SSD ) .   W h e n   t h e   P/ E c y c l e s   e x c e e d t h e   n o m i n a l   e n d u ra n c e   l i m i t ,   t h e   e n t i re   SSD   i s   re n d e r e d   n o n - f u n c t i o n a l   a s   w o rn   o u t .   As   t h e l o w   e n d u r a n c e ,   t h e   M L C   F l a s h   b a s e d   SSD   i s   n o t   s u i t a b l e   u s e d   i n   l i f e t i m e - a w a re   a p p l i c a t i o n s   a n d   t h e   t o t a l - b y t e - w ri t t e n   o f   c o n v e n t i o n a l   M L C   SSD   i s   m u c h   l e s s   t h a n   SL C   S SD .   I n   t h i s   p a p e r,   w e   p ro p o s e d   a n Ad a p t i v e l y   L e v e l   Ad j u s t i n g   Sc h e m e   t o   u s e   t h e   M L C   F l a s h   d y n a m i c a l l y   t o   s t o ra g e   d i f f e re n t   a m o u n t   o f   d a t a l e v e l s   t h ro u g h   t h e   e n t i re   l i f e t i m e .   T h e   re s u l t   s h o w s   t h a t   t h e   M L C   SSD   a d o p t i n g   t h i s   m e t h o d   c o u l d   b e   t o t a l l y w ri t t e n   4 . 8 m o re   d a t a   t h a n   c o n v e n t i o n a l   M L C   SSD   a n d   1 6 . 5 %   m o re   t h a n   SL C   SSD .   An o t h e s i m p l e m e t h o d   n a m e d   Po s t   L i f e   Sl a v a g i n g   S c h e m e   i s   a l s o   p r o p o s e d   t o   b e n e f i t   f ro m   t h e   p o s t   l i f e   o f   a   M L C   SSD .   I t c a n   e x t e n d   t h e   re a l   P/ e n d u r a n c e   b y   2 w h e n   t h e   u s e c a p a c i t y   re d u c e d t o   9 2 %   o f   o ri g i n a l   c a c a p c i t y . K e y w o r d s :   SSD ,   N AN D   f l a s h , e n d u r a n c e , P/ c y c l e , u s e   l i f e t i m e . C o p y r i g h t © 2 0 1 4 I n s ti tu t e   o f   A d v a n c e d   En g i n e e r i n g   a n d   Sc i e n c e .   A l l   r i g h t s   r e s e r v e d . 1 . In t r o d u c t io n T h e   s o l i d   s ta te   d i s k   ( S S D )   b a s e d   o n   N A ND  F l a s h   m e m o r y   h a s   b e e n   wi d e l y   u s e d   i n c o n s u m e r   a n d   i n d u s tr y   a p p l i c a t i o n s   d u e   to   i ts   h i g h   p e r f o r m a n c e Co m p a r i n g   wi th   HDD,  th e   S S D i s   m o r e   a d v a n c e d   a r e a d   a n d   w r i t e   p e r f o r m a n c e p o we r   c o n s u m p ti o n B u f o r   th e   NA N F l a s h i s   a n   e n d u r a n c e - l i m i te d   n o n - v o l a t i l e   m e m o r y   te c h n o l o g y th a th e   m e m o r y   c e l l   wo u l d   d e g r a d e a f te r   e a c h   e r a s e   a n d   p r o g r a m   o p e r a ti o n th e   S S D   c o u l d   o n l y   b e   u s e d   r e l i a b l y   b e f o r e   th e m e m o r y   c e l l   i s   w o r n   o u t T h e   u s e   l i f e   o f   S S i s   g e n e r a l l y   d e c i d e d   b y   th e   e n d u r a n c e   o f   th e   F l a s h c h i p   a n d   i s   s ti l l   th e   to p i c   b e i n g   m o s tl y   w o r r i e d   a b o u t G e n e r a l l y d u e   t o   th e   F l a s h   p h y s i c s   f e a tu r e c o n s tr a i n ts th e   f l a s h   e n d u r a n c e   c o u l d   b e   m e a s u r e d   wi th   th e   f a c to r   o f   P /E   c y c l e s M o s S S D m a n u f a c tu r e s   u s e   a   f i x e d   n u m b e r   o f   P /E   c y c l e s e .g . 1 0 K   P /E   c y c l e s   f o r   M L a n d   1 0 0 K   P /E c y c l e s   f o r   S L C,  p r o v i d e d   b y   f l a s h   m a n u f a c tu r e r s   a s   a   p r i m a r y   f a c to r   to   m a n a g e   th e   l i f e t i m e   o f S S D  [1 ]. T h e   M L F l a s h   b a s e d   S S h a s   b e e n   u s e d   m o r e   wi d e l y   i n   c o n s u m e r   m a r k e th a n   S L C b a s e d   S S a s   i t’ s   m u c h   c h e a p e r   a th e   c a p a c i t y   c o s t.  Ho w e v e r b e c a u s e   th e   n o m i n a l e n d u r a n c e   o f   M L F l a s h   i s   m u c h   l e s s   th a n   th a o f   S L F l a s h i t’ s   n o s u i ta b l e   to   b e   a d o p t e d   i n l i f e ti m e   a w a r e   a p p l i c a t i o n s s u c h   a s   e n te r p r i s e   m a r k e t,  a l t h o u g h   i t s   m u c h   c h e a p e r   th a n   S L C S S D A s   th e   m a r k e d e m a n d   f o r   c h e a p e r   S S r a t h e r   th a n   e x p e n s i v e   S L S S D m a n y   wo r k s h a v e   f o c u s e d   o n   h o t o   a d o p M L S S t o   r e p l a c e   S L S S D   b y   u ti l i z i n g   p o w e r f u l   E CC a l g o r i th m   a n d   w e a r - l e v e l i n g   a l g o r i th m T h e   m o s i m p o r ta n t   i s   t o   e x te n d   th e   l i f e ti m e   o f   th e   M L C S S D In   th i s   p a p e r b a s e d   o n   th e   e n d u r a n c e   c o n c e p o f   f l a s h   c e l l we   p r o p o s e d   a n   A d a p ti v e l y L e v e l   A d j u s ti n g   S c h e m e   a n d   s p l i t   th e   e n t i r e   l i f e ti m e   p r o c e s s   i n to   th r e e   s ta g e s T h e   M L C   F l a s h c e l l   i s   d y n a m i c a l l y   u s e d   to   s to r a g e   d i f f e r e n a m o u n o f   d a ta   l e v e l s   a e a c h   s ta g e It  c o u l d   b e u s e d  to  r e p l a c e   S L S S wi th   M L C F l a s h   i n   th e   l i f e t i m e - a w a r e  a p p l i c a ti o n s   wi th  l o we r  c o s t. 2 . N A ND  F la s h   E n d u r a n c e   A n a l y s is T h e   NA ND  F l a s h   m e m o r y   s to r e s   d a ta   b y   k e e p i n g   c h a r g e s   i n   th e   f l o a t i n g   g a t e   wh i c h   i s b e t w e e n   t h e   c o n tr o l   g a t e   a n d   s u b s tr a t e   l a y e r   i n   a   M O S   tr a n s i s to r T h e f l o a t i n g g a t e i s i s o l a te d f r o m   s u b s tr a te   l a y e r   b y th e   S i O 2   tu n n e l   o x i d e   l a y e r ,   w h i c h   i s   a   s e m i c o n d u c t o r T h e NA ND  F l a s h   w r i te   o p e r a t i o n   c o n ta i n s   p r o g r a m   s ta te   a n d   e r a s e   s ta te B o th   p r o g r a m   a n d   e r a s e o p e r a t i o n s   d e p e n d   o n   th e   F o wl e r - No r d h e i m   ( F N )   e ff e c t.  M u c h   p r e v i o u s   w o r k s   [2 5 h a s   s h o we d Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L KO M NIK A IS S N: 2 3 0 2 - 4 0 4 6 S c h e m e s  fo r   E x te n d i n g  th e L i f e ti m e  o f S S D ( K a i  B u ) 6 9 4 1 th a d u r i n g   F c u r r e n i n j e c ti o n i n j e c te d   e l e c tr o n s   w o u l d   b e   tr a p p e d   b o th   wi th i n   th e   b u l k   a n d   a t th e   i n te r f a c e  o f  th e   o x i d e  [2 , 3 ]. F i g u r e   1 .  T h e Ch a r g e  T r a p a n d T h r e s h o l d   V o l ta g e   S h i f t d u e  to   P / E C y c l e s T h e   c h a r g e   tr a p p i n g   wi l l   i n c r e a s e   a s   th e   N A ND  F l a s h   m e m o r y   P /E   c y c l i n g wh i c h   wi l l d i r e c tl y   r e s u l i n   t h e   p o te n t i a l   a c c u m u l a te d   i n   t h e   o x i d e   l a y e r   a s   s h o w e d   i n   F i g u r e   1 T h e   tr a p e l e c tr o n s   a n d   p o t e n ti a l   m o d e l   h a s   b e e n   p r o p o s e d   i n   t h e   p a p e r   [3 ,   4 a s   Nt = A ×   N a   +   B   ×   Nb .   W e u s e   Nt  to   i n d i c a te   t h e   n u m b e r   o f   tr a p   e l e c tr o n s   b o th   a th e   i n te r f a c e   a n d   i n   th e   o x i d e   b u l k A s d e s c r i b e d   i n   th e   m o d e l   f u n c ti o n we   u s e   δ V th =   ( Nt × q ) /Co x   to   i n d i c a t e   th e   th r e s h o l d v o l ta g e   s h i f t o f   f l o a ti n g   g a te   i n d u c e d   b y   c h a r g e   tr a p   a f te r   P /E   c y c l e s He r e   q   i s   th e   e l e c tr o n   c h a r g e   a n d   Co x i s  th e  c a p a c i t a n c e   o f  th e  o x i d e . A s   s h o w n   i n   F i g u r e   1 th e r e   m u s b e   a n   e n o u g h   w i d e   v o l ta g e   m a r g i n   to   c l e a r l y d i s ti n g u i s h   b e t w e e n   d i f f e r e n v o l t a g e   l e v e l s W h e n   th e   c h a r g e s   tr a p p e d   i n   th e   o x i d e   r e s u l i n   a th r e s h o l d   v o l ta g e   i n c r e a s e   o v e r V th th e   l o we r   l e v e l   wo u l d   s h i f c r o s s   th e   h i g h e r   l e v e l   a n d   i wi l l n o b e   p o s s i b l e   to   r e l i a b l y   r e a d   f r o m   o r   w r i te   to   th e   m e m o r y   c e l l A n d   th i s   s i tu a ti o n   c a u s e s   a w r i te   e r r o r   o r   r e a d   e r r o r O n c e   th e   e n d u r a n c e   l i m i i s   r e a c h e d a   p a g e   i s   c o n s i d e r e d   to   h a v e f a i l e d   a n d  i s  n o  l o n g e r  u s a b l e . F i g u r e   2 .   E n d u r a n c e   v s . V o l ta g e  T h r e s h o l d  M a r g i n T h e   p r o g r a m m e d   l e v e l   th r e s h o l d   v o l ta g e   i s   n o ta k e n   i n to   a c c o u n a s   i ts e ff e c t   o n   th e r e c o v e r y W h e n   th e   th r e s h o l d   v o l ta g e   o f   th e   c e l l   e x c e e d   th e   m a r g i n th e   c e l l   i s   j u d g e d   a s   w o r n o u t.  W e  u s e  δ V th   = V th  to  e x p r e s s  e n d u r a n c e   l i m i t o f  F l a s h . T h e   e n d u r a n c e   d i s tr i b u t i o n   o f   c e l l   u n d e r   d i f f e r e n m a r g i n s   i s   s h o we d   i n   F i g u r e   2 W e c a l c u l a te   th e   e n d u r a n c e   u n d e r   th e   m a r g i n s   f r o m   0 .6 5 V   to   1 .7 V   [4 ],  w h i c h   s i m u l a te s   th e th r e s h o l d   v o l ta g e   m a r g i n s   o f   M L a n d   S L C.  T h e   e n d u r a n c e   s p r e a d   f r o m   1 0 K   to   1 0 0 K   w h e n   th e th r e s h o l d   v o l t a g e   m a r g i n   e x te n d s   f r o m   0 .6 5 V   to   1 .7 V T h e   e n d u r a n c e   o f   M L F l a s h   i s m u c h l e s s  th a n  th a t o f  S L C F l a s h  f o r  th e  n a r r o we r  th r e s h o l d m a r g i n . 3 A d a p t iv e l y  L e v e A d ju s t in g  S c h e m e T h e   b a s i c   p h y s i c a l   f e a t u r e   a n d   c o n c e p t   o f   M L F l a s h   a r e   th e   s a m e   a s   S L F l a s h   w h i l e i c o u l d   s to r e s   4   l e v e l s   e a c h   c e l l   wh i c h   i s   th e   d o u b l e   o f   th e   S L C.  B u th e   n o m i n a l   e n d u r a n c e   o f 1 0 3 1 0 4 1 0 5 0 . 4 0 . 6 0 . 8 1 1 . 2 1 . 4 1 . 6 1 . 8 E n d u r a n c e   [ P / E   c y c l e s ] t h r e s h o l d   v o l t a g e   m a r g i n   [ V ] Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
IS S N: 2 3 0 2 - 4 0 4 6 T E L KO M NIK A V o l 1 2 , No . 9 S e p t e m b e r  2 0 1 4 : 6 9 4 0 6 9 4 5 6 9 4 2 M L F l a s h   i s   m u c h   l e s s   th a n   th a o f   S L F l a s h   f o r   th e   n a r r o w e r   th r e s h o l d   v o l t a g e   m a r g i n If   th e th r e s h o l d   m a r g i n   o f   M L c o u l d   b e   e x te n d e d t h e   l i f e ti m e   w o u l d   a l s o   b e   e n l a r g e d A   M L b a s e d S S D   i s   m o s tl y   u s e d   f o r   c o n s u m e r   a p p l i c a t i o n   b e c a u s e   i ts   l o c o s w h i l e   t h e   S L i s   m o s tl y   u s e d f o r   e n te r p r i s e   a p p l i c a t i o n   f o r   l o n g e r   l i f e ti m e Co m p a r e d   w i th   S L te c h n o l o g y th e   M L C te c h n o l o g y   c o u l d   s u p p o r 2 X   c a p a c i t y   wi th   p e n a l t y   o f   9 0 %   l i f e ti m e   d e g r a d a t i o n I n   th i s   p a p e r w e a r e   i n t e r e s ti n g   i n   l e v e r a g i n g   th e   c a p a c i t y   a d v a n t a g e s   o f   M L te c h n o l o g y   to   b u i l d   a   S S th a t c o u l d   r e p l a c e   a   S L C   b a s e d   S S D   i n   th e   l i f e ti m e   a wa r e   a p p l i c a t i o n s W e   p r o p o s e d   a n   A d a p ti v e l y L e v e l   A d j u s S c h e m e   ( A L A S )   to   e x te n d   t h e   u s e   l i f e   t i m e   o f   M L F l a s h .   T h e   m e th o d   c o n ta i n s th r e e  s ta g e s  a s  s h o we d   i n   F i g u r e   3 . F i g u r e   3 .   A d a p ti v e l y L e v e l   A d j u s t S c h e m e F o r   a   S S D we   o r g a n i z e   t h e   S S wi t h   l o g i c a l   p a g e s   o f   4 K B L o g i c a l   p a g e s   a r e   m a d e   u p b y   c e l l s   b e l o n g i n g   to   t h e   s a m e   W o r d l i n e   ( W L ) T h e   n u m b e r   o f   p a g e s   p e r   W o r d l i n e   i s   r e l a t e d   t o th e  s to r a g e  c a p a b i l i ti e s  o f  th e  m e m o r y  c e l l . T h e   M L F l a s h  i s   o p e r a te d  a s  4 - l e v e l  i n   e a c h  c e l l I n F i g u r e   4 f o r   a   M L d e v i c e   w i th   a   W o r d l i n e   o f   6 5 ,5 3 6   c e l l s w h i c h   c o u l d   s to r e s   1 2 8 K b i d a ta , th e r e   a r e   f o u r   p a g e s   a s   e a c h   c e l l   s to r e s   o n e   L e a s S i g n i f i c a n B i ( L S B )   a n d   o n e   M o s t S i g n i f i c a n t B i ( M S B )  [ 6 ]. 2  b i t d a ta /c e l l L e v e l i n c e l l M S B L S B 1 1 L 0 1 0 L 1 0 0 L 2 0 1 L 3 F i g u r e   4 .   4 - l e v e l  M L C b i t M a p p i n g Du r i n g   th e   f i r s s ta g e we   s e th e   u s e r   c a p a c i t y   to   o n l y   h a l f   o f   to ta l   r a w   c a p a c i t y .   It m e a n s   th a t th e r e   i s   o n l y   6 4 G B   u s e r   c a p a c i t y   f o r   a   S S wh i c h   c o n s i s ts   o f   s i x te e n   8 G B   M L C F l a s h   m e m o r i e s A l l   o f   th e   p a g e s   a r e   d y n a m i c a l l y   s p l i i n to   t wo   a r e a s   d y n a m i c a l l y h a l f   i n W o r k i n g   A r e a   a n d   h a l f   i n   S ta n d b y   A r e a T h r o u g h   th e   l o g i c a l - p h y s i c a l   a d d r e s s   m a p p i n g   i n   t h e F l a s h   T r a n s l a ti o n   L a y e r a l th o u g h   th e   p a g e s   wi th i n   th e   S ta n d b y   A r e a   a r e   n o v i s i b l e   t o   u s e r s , th e s e   p a g e s   ta k e   p a r i n   th e   a c c e s s   wh e n   th e y   a r e   s wa p p e d   wi th   th e   p a g e s   w i th i n   th e   W o r k i n g A r e a A l l  p a g e s   w o u l d   b e  a c c e s s e d  r e l a t i v e l y  b a l a n c e d  wi th  th e  f u n c ti o n  o f  we a l - l e v e l i n g  [1 ]. Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L KO M NIK A IS S N: 2 3 0 2 - 4 0 4 6 S c h e m e s  fo r   E x te n d i n g  th e L i f e ti m e  o f S S D ( K a i  B u ) 6 9 4 3 W h e n   th e   S S P / E   c y c l e   a l m o s t   r e a c h e s   th e   n o m i n a l   n u m b e r w e   a d j u s th e   d a t a s to r a g e   l e v e l s   f r o m   4   to   3   o f   e a c h   c e l l T h u s f o r   a   M L d e v i c e   w i th   a  W o r d l i n e   o f   6 5 ,5 3 6   c e l l s i t c o u l d   s to r e s   9 6 K b i d a t a   a s   e a c h   two   c e l l s   ( w e   s a y   i t   a   Co u p l e - c e l l ) A s   F i g u r e   5   s h o w s th e r e a r e   th r e e   p a g e s   i n   e a c h   W o r d l i n e M S B   p a g e H S B   p a g e   a n d   L S B   p a g e Co m p a r e d   w i t h   th e   4 - l e v e l   M L F l a s h t h e   3 - l e v e l   d e v i c e s   c o u l d   o f f e r   ¾   p a g e s A s   i o n l y   n e e d   to   s to r e   3   l e v e l s   p e r c e l l t h e   t h r e s h o l d   v o l ta g e   m a r g i n   c o u l d   b e   r e l a x e d S o   th e   c e l l   c o u l d   w e a r   m o r e  P /E   c y c l e s   th a n th e  4 - l e v e l  c e l l . S i m i l a r   to   th e   l o g i c a l   p a g e   o r g a n i z a ti o n   i n   t h e   f i r s s ta g e   o f   th e   S S D,  th e r e   a r e   a l s o W o r k i n g   A r e a   a n d   S ta n d b y   A r e a 1 /3   o f   a l l   th e   p a g e s   a r e   n o v i s i b l e   to   u s e r s   f o r   th e y   a r e   wi th i n th e   S t a n d b y   A r e a A n d   2 / 3   o f   a l l   p a g e s   ta k e   p a r i n   t h e   W o r k i n g   A r e a A s   a   f a c o f   r e s u l t,  th e u s e r   c a p a c i t y   i s   s t i l l   6 4 G B .   T h e   i n v i s i b l e   3 2 G B   S ta n d b y   a r e a   a l s o   t a k e   p a r i n   t h e   a c c e s s   a s s w a p p i n g   p a g e s . A s   th e   3 - l e v e l   F l a s h   b a s e d   S S wo r k i n g , th e   c e l l s   d e g r a d a t i o n   m o r e   a n d   th e   th r e s h o l d v o l ta g e   d i s tr i b u t i o n   s p r e a d s   w i d e r W h e n   th e   c e l l s   a l m o s w e a r - o u t,  w e   a d j u s t h e   d a t a   l e v e l s f r o m   3   to   2   p e r   c e l l A th i s   t i m e th e   M L F l a s h   h a s   b e e n   d e g r a d e   t o   a   S L C - t y p e   F l a s h T h e   c e l l th r e s h o l d   v o l t a g e   w i n d o w   i s   s e to   a s   c o n v e n ti o n a l   S L F l a s h a n d   r e a d   m a r g i n   w o u l d   b e e x te n d e d   m u c h   m o r e   c o m p a r e d   w i t h   M L F l a s h T h e   e n ti r e   e n d u r a n c e   c o u l d   r e a c h   th e   l e v e l   o f S L F l a s h   m e m o r y F o r   th e r e   a r e   o n l y   t w o   l e v e l s   p e r   c e l l w h i c h   m e a n s   1 b i t/c e l l ,   th e   r a w   e n t i r e a v a i l a b l e   c a p a c i t y   i s   o n l y   6 4 G B W i th i n   th e   2 - l e v e l   F l a s h   b a s e d   S S D,  a l l   p a g e s   i s   l o c a te d   a th e W o r k i n g  A r e a . 3  b i t d a ta /Co u p l e - c e l l L e v e l s   i n Co u p l e - c e l l M S B HS B L S B 0 0 0 L 0 L 0 0 0 1 L 0 L 1 0 1 0 L 0 L 2 0 1 1 L 1 L 0 1 0 0 L 1 L 1 1 0 1 L 1 L 2 1 1 0 L 2 L 0 1 1 1 L 2 L 1 F i g u r e   5 . 3 - l e v e l  M L C b i t M a p p i n g T h e r e f o r e th r o u g h   th e   e n ti r e   l i f e ti m e th e   u s e r   c a p a c i t y   i s   a l w a y s   6 4 G B   w i th o u c a p a c i t y p e n a l t y  b y  m e a n s  o f  th e   S t a n d b y   A r e a  c a p a c i t y   d e c r e a s i n g   g r a d u a l l y . 4 . L if e t im e A n a l y s is  o f   S S D A d o p t in g   A L A S T h e  th r e s h o l d   v o l ta g e  m a r g i n   i s  d i f f e r e n t f r o m  e a c h  o th e r  a c c o r d i n g  to  th e  l e v e l s  o f  e a c h s ta g e A s   t h e   a m o u n o f   l e v e l s   d e c r e a s i n g th e   th r e s h o l d   v o l ta g e   m a r g i n   i n c r e a s e s F r o m   th e f i r s s ta g e   to   th e   l a s o n e we   c h o o s e   0 .6 5 V , 1 .1 V   a n d   1 .7 V   a s   th e   th r e s h o l d   v o l ta g e   m a r g i n s   [4 ]. S o   th e   e n d u r a n c e   f o r   e a c h   s ta g e   i s   1 0 K 2 3 K   a n d   1 0 0 K   P / E   c y c l e s   s e p a r a t e l y   a c c o r d i n g   to   th e s i m u l a ti o n   r e s u l ts   f r o m   F i g u r e   2 It  i s   r e a s o n a b l e   t o   e x p e c th a th e   M L m e m o r y   wi th   a d a p ti v e l y l e v e l   a d j u s ti n g   s c h e m e   c a n   s u s ta i n   th e   s a m e   a m o u n o f   P / E   c y c l e s   i n   c o n v e n ti o n a l   S L C m e m o r y . T h e   e n d u r a n c e   i s   th e   k e y   f a c to r   r e l a te d   t o   th e   S S u s e   l i f e ti m e B u t,  i n   a   r e a l a p p l i c a t i o n w e   u s u a l l y   u s e   to ta l - b y t e - w r i tt e n   ( T B W )   to   e v a l u a te   th e   l i f e ti m e   o f   a   S S D.  T h e   T B W m e a n s   th e   to ta l   a m o u n o f   d a ta   c o u l d   b e   w r i tt e n   i n t o   th e   S S b e f o r e   i t’ s   w o r n   o u a n d   i t s e x p r e s s e d   a s   T B W   =   Ca p a c i t y   ×   E n d u r a n c e W i th   th e   s a m e   w o r k l o a d th e   S S D   th a h a s   m o r e T B W   c o u l d   wo r k   f o r   l o n g e r   ti m e   b e f o r e   i t s   w o r n   o u t.   F o r   th e   S S D   u s i n g   t h e   a d a p t i v e l y   l e v e l a d j u s ti n g   s c h e m e th e   T B W   i s   th e   s u m m a ti o n   o f   t h e   to t a l   w r i t te n   d a ta   d u r i n g   th r e e   s ta g e   a s T B W   = T B W 1 + T B W 2 + T B W 3 T h e   r e s u l ts   i n   F i g u r e   6   s h o w   th e   T B W   o f   e a c h   s ta g e   a n d   th e F i g u r e   7   s h o w s   th e   r e s u l ts   o f   th e   T B W   o f   d i f f e r e n S S te c h n o l o g y T h e   6 4 G B   M L S S D   u s i n g Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
IS S N: 2 3 0 2 - 4 0 4 6 T E L KO M NIK A V o l 1 2 , No . 9 S e p t e m b e r  2 0 1 4 : 6 9 4 0 6 9 4 5 6 9 4 4 th e   a d a p t i v e l y   l e v e l   a d j u s s c h e m e   i m p l i e s   1 6 .5 %   m o r e   w r i te   o p e r a ti o n s   th a n   c o n v e n ti o n a l   S L C S S D  a n d  a l m o s t 5 .8 X  th e  T B W  o f  1 2 8 G B  M L C S S D. F i g u r e   6 . A L A S P r o c e s s  a n d  T B W  o f  e a c h S ta g e F i g u r e   7 . T B W  o f D i ff e r e n t S S D T e c h n o l o g y 5 . P o s t  L if e  S a lv a g e   S c h e m e A c c o d i n g   t o   [ 1 0 ],   f o r   a n   M L F l a s h - b a s e d   S S D   i s h o w s   th a e v e n   th e   a v e r a g e   P / E c y c l e s   o f   e a c h   b l o c k   h a s   b e e n   t o   1 0 0 K   t i m e s n o   m o r e   th a n   1 %   b l o c k s   a r e   o u o f   f u n c ti o n T h a t i s   to   s a y m o r e   th a n   9 9 %   b l o c k s   a r e   s ti l l   a v a i l a b l e S o ,   th e   S S i s   n o d e a d   e n ti r e l y i c o u l d   b e u s e d   i n   s o m e   w a y s   b y   b e n e f i f r o m   th e   r e s i d u a l   a v a i l a b l e   b l o c k s . W e   p r o p o s e d   a n o th e r   s c h e m e n a m e d  P o s t L i f e  S l a v a g i n g   S c h e m e  w h i c h  c o n s i s ts  o f  two   w a y s . F i r s t,  w e   u s e   t h e   S S a s   a   r e a d - o n l y   d i s k   f o r   a r c h i v i n g   d a t a F l a s h   m e m o r y   i s   a   n o n - v o l a t i l e   m e m o r y   te c h n o l o g y a n d   th e   r e t e n t i o n   t i m e   i s   m o r e   th a n   1 0   y e a r s W h e n   a   S S w o r n - o u t,  o n l y   a   n u m b e r   o b l o c k s   b e c a m e   b a d b l o c k   a n d   c o u l d   n o b e   w r i te   a n d   r e a d ,   th e o th e r   p a r t c o u l d   s ti l l   b e   r e a d   a n d   w r i t e W h e n   a   S S i s   i n i ti a l i z i n g th e r e   a r e   b l o c k s   r e s e r v e d   f o r   b a d b l o c k r e p l a c e m e n t.  A s   th e   S S c o n tr o l l e r   d e te c ts   a   b a d   b l o c k th e   c o n tr o l l e r   w o u l d   m i g r a te   d a ta   i n to th e   r e s e r v e d   g o o d   b l o c k s S u c h   th a wh e n   a   S S i s   wo r n - o u t,  th e   d a ta   s to r e d   i n   i c o u l d   b e   s ti l l a c c e s s e d . A n d   w e  c o u l d  u s e  th e  S S D a s   a  r e a d - o n l y   d i s k . F o r  th e  F l a s h  h a s  a  r e a d  d i s t u r b a n c e , wh i c h   wi l l   i n d u c e   r e a d   e r r o r   a f te r   th o u s a n d s   r e a d   o p e r a ti o n s A c c o r d i n g   to   t h e   s tu d y   [ 9 ],   th e r e a d   e r r o r   w o u l d   a c c u m u l a te   o v e r   th e   E CC  a b i l i t y   wh e n   th e   r e a d   o p e r a ti o n   r e p e a te d   o v e r   1 0 ^ 5 ti m e s In   o r d e r   t o   e n s u r e   t h e   r e l i a b i l i t y   o f   th e   r e a d - o n l y   d i s k we   u s e   a   d a ta   a u to - r e f r e s h  m e th o d . W e   s e th e   e n d u r a n c e   t h r e s h o l d   ti m e s   l o we r   th a n   1 0 K t h i s   m e a n s   th e   S S h a v e   P / E c y c l e s   r e s e r v e d   e v e n   w h e n   th e   S S i s   d e t e c te d   a s   w o r n - o u t.  A n d   w e   s e a n   a u to - r e f r e s h th r e s h o l d   a s   1 0 ^ 5 A   r e a d   c o u n r e g i s te r   i s   u s e d   to   s to r e   th e   r e a d   c o u n o f   e a c h   b l o c k .   W h e n   th e b l o c k   i s   r e a d   o v e r   th e   th r e s h o l d th e   b l o c k   w o u l d   b e   p r o g r a m m e d   w i t h   t h e   d a ta   s to r e   i n   i t   a g a i n a s   a n   a u t o - r e f r e s h   o p e r a t i o n A n d   i f   th e   d a ta   s to r e   i n   t h e   b l o c k   h a s   r e ta i n e d   m o r e   th a n   s p e c i f i e d r e te n t i o n   t i m e   ( 1 0   y e a r s ) th e   a u t o - r e f r e s h   o p e r a ti o n   wi l l   a l s o   b e   p e r f o r m e d I f   w e   s e to   1 0 a 1 2 8 G B   S S c o u l d   b e   r e a d   f o r   1 0 ^6   ti m e s e n ti r e l y   a n d   th e   d a t a   r e te n ti o n   c o u l d   b e   u p   to   1 0 0 y e a r s  to ta l l y . S e c o n d w e   e x t e n d   t h e   u s e   l i f e   b y   r e d u c i n g   a v a i l a b l e   c a p a c i t y   a n d   o f f e r   m o r e   r e s e r v e d b l o c k s A s   th e   F l a s h   P /E   c y c l i n g th e   a m o u n o f   w o r n   o u c e l l s   wi l l   i n c r e a s e   g r a d u a l l y   a n d   th e a v a i l a b l e   c a p a c i t y   i s   b e c o m i n g   l e s s A s   u s u a l w e   m u s t   l i m i te d   th e   e n d u r a n c e   to   s u p p o r e n o u g h u s a b l e   c a p a c i t y   f o r   th e   r e a l   a p p l i c a t i o n   [ 8 ].  T h e   a f f o r d a b l e   b a d b l o c k   c a p a c i t y   p o r t i o n   i s   n o   m o r e th a n   2 %   wh e n   F l a s h   c h i p   r e a c h   th e   s p e c i f i e d   e n d u r a n c e 2 %   r e s e r v e d   b l o c k s   a r e   e n o u g h   f o r b a d b l o c k   r e p l a c e m e n t.  A n d   w h e n   th e   S S i s   w o r n - o u t,   w e   c h o s e   a n o th e r   2 %   b l o c k   a s   r e s e r v e d b l o c k s a n d   th e   a v a i l a b l e   c a p a c i t y   p a r ti t i o n   i s   s e to   9 6 % B e f o r e   th e   S S w o r n - o u t,  we   c o u l d g e m o r e   3 K   P /E   c y c l e s   a n d   a n o t h e r   2 %   b l o c k s   b e c o m e   b a d b l o c k   w h e n   th e   S S w o r n   o u t.  B y th i s   m e a n w e   c o u l d   e x te n d   th e   a m o u n o f   r e s e r v e d   b l o c k s   a n d   g e m o r e   P /E   c y c l e s A n d   th e a c tu a l   a c c e p t a b l e   r a ti o   d e p e n d s   o n   t h e   a p p l i c a ti o n   w h e r e   th e   r a t i o   c o u l d   e v e n   b e   e x te n d   t o   8 % o r   m o r e   i n   a   S S D   d e s i g n .   S o   we   wi l l   g e t   th e   a c c e p ta b l e   e n d u r a n c e   o v e r   a   r a n g e   o f   b a d b l o c k r a te s . 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T E L KO M NIK A IS S N: 2 3 0 2 - 4 0 4 6 S c h e m e s  fo r   E x te n d i n g  th e L i f e ti m e  o f S S D ( K a i  B u ) 6 9 4 5 A   1 2 8 G B   S S b a s e d   o n   M L F l a s h   C h i p   w i t h   2 5 6 K B / b l o c k   a n d   4 K B / p a g e   o r g a n i z a t i o n wa s   te s te d A l l   b l o c k s   i n   th e   S S we a r   d o wn   i n   a   b a l a n c e d   s p e e d   wi th   th e   e f f e c o f   w e a r - l e v e l i n g   a l g o r i t h m W e   u s e   th e   l i f e   e x te n s i o n   m e th o d   a n d   te s th e   a c h i e v a b l e   P / E   c y c l e s T h e S S D   c o u l d   b e   s ti l l   r e a d   a n d   w r o te   e v e n   i wa s   c o n s i d e r e d   a s   wo r n - o u t A n d   th e   r e a l   a c h i e v a b l e P /E   e n d u r a n c e   i s   m u c h   m o r e   th a n   1 0 K   ti m e s If  w e   s e th e   m a x i m u m   a ff o r d a b l e   b a d b l o c k s   to 8 % th e   S S c o u l d   r e a c h   2 0 .1 K   P / E   c y c l e s   w h e n   th e   S S w o r n - o u t.  T h e   l i f e   e x te n s i o n a p p r o x i m a te s  to  t h e  s i m u l a t i o n  r e s u l ts  s h o wn   i n  F i g u r e   8 . F i g u r e   8 E x te n d  th e Us e  L i f e b y Re d u c i n g   A v a i l a b l e   C a p a c i t y 6 . Co n c lu s io n W e   i n tr o d u c e d   a n d c a l c u l a te d   t h e   F l a s h   e n d u r a n c e   b a s e d   o n   t h e   c h a r g e   tr a p   c o n c e p t. A s   th e   M L F l a s h   h a v i n g   m o r e   l e v e l s   th a n   S L F l a s h i ts   th r e s h o l d   m a r g i n   i s   n a r r o we r   a n d   i ts e n d u r a n c e   i s   m u c h   l e s s .   In   th e   e n d u r a n c e   s i m u l a ti o n   r e s u l t,  w e   c o u l d   f i n d   o u th a t h e e n d u r a n c e   w i l l   b e   e x te n d e d   w h i l e   th e   v o l ta g e   t h r e s h o l d   m a r g i n   e x p a n d i n g T h e r e f o r e w e p r o p o s e d   a n   A d a p t i v e l y   L e v e l   A d j u s ti n g   S c h e m e   to   u s e   th e   M L C   F l a s h   i n   th e   S S D.  W e   to o k   a 1 2 8 G B   M L C   S S a s   e x a m p l e a l t h o u g h   t h e   u s e r   c a p a c i t y   i s   o n l y   6 4 G B   th a i s   h a l f   o f   th e   r a w c a p a c i t y th e   to t a l   b y te s   w r i tte n   th r o u g h   th e   e n ti r e   l i f e ti m e   i s   m u c h   b i g g e r   t h a n   th e   c o n v e n ti o n a l 1 2 8 G B   M L S S D.  A n d   i t’ s   e v e n   b i g g e r   th a n   t h e   T B W   o f   6 4 G B   S L S S D T h i s   m e th o d   c o u l d a l s o   b e   u s e d   i n   th e   S S b a s e d   o n   T L a n d   Q L to   r e p l a c e   th e   S L S S i n   t h e l i f e ti m e   a w a r e a p p l i c a t i o n s   wi th   l o we r   c o s t.  W h e n   th e   S S D   i s   w o r n   o u t,  i e n tr i e s   t h e   p o s l i f e   p h a s e s o   we p r o p o s e   a n o t h e r   s i m p l e   m e th o d   n a m e d   P o s L i f e   S l a v a g i n g   S c h e m e   to   b e n e f i f r o m   th e   p o s l i f e o f   a   M L S S D.  It  c o n s i s ts   o f   tw o   m e th o d s   to   s a l v a g e   t h e   p o s l i f e   o f   th e   S S D.  O n e   i s   to   u s e   th e S S D   a s   a   r e a d   o n l y   d i s k   w i th   a u to - r e f r e s h   a l g o r i t h m T h e   o th e r   o n e   i s   t o   e x te n d   t h e   u s e   l i f e   b y r e d u c i n g   a v a i l a b l e   c a p a c i t y   a n d   o f f e r   m o r e   r e s e r v e d   b l o c k s W e   c o u l d   e x te n d   th e   r e a l   P / E e n d u r a n c e  b y   2 X  wh e n  th e   u s e r  c a p a c i t y  r e d u c e d   to  9 2 % . Re f e r e n c e s [ 1 ] Si m o n a   Bo b o i l a , Pe t e r D e s n o y e rs . W ri t e   En d u ra n c e   i n   F l a s h   D ri v e s :   M e a s u re m e n t s   a n d   An a l y s i s . F AST 2 0 1 0 .   Sa n   J o s e .   2 0 1 0 :   1 1 5 - 1 2 8 . [ 2 ] G G h i d i n i .   C h a rg e - re l a t e d   p h e n o m e n a   a n d   re l i a b i l i t y   o f   n o n - v o l a t i l e   m e m o ri e s . M i c ro e l e c t ro n i c s R e l i a b i l i t y . 2 0 1 2 ;   5 2 ( 9 ) :   1 8 7 6 - 1 8 8 2 . [ 3 ] H Y a n g   e t   a l . R e l i a b i l i t y   i s s u e s   a n d   m o d e l s   o f   s u b - 9 0 n m   N AN D   F l a s h   m e m o ry   c e l l s . I n t e rn a t i o n a l c o n f e re n c e   o n   So l i d - St a t e   a n d   I n t e g r a t e d   C i rc u i t   T e c h n o l o g y ,   Sh a n g h a i ,   C h i n a .   2 0 0 6 . [ 4 ] Vi d y a b h u s h a n   M o h a n ,   T a n i y a   Si d d i q u a a l . H o w   I   l e a r n e d   t o   s t o p   w o rr y i n g   a n d   l o v e   f l a s h e n d u ra n c e . 2 n d   W o r k s h o p   o n   H o t   T o p i c s   i n   S t o ra g e   a n d   F i l e   Sy s t e m s . Be r k e l e y .   2 0 1 0 :   3 - 3 . [ 5 ] G ru p p   L M ,   C a u l f i e l d   A M   a l . C h a ra c t e ri z i n g   f l a s h   m e m o ry :   An o m a l i e s ,   o b s e rv a t i o n s ,   a n d a p p l i c a t i o n s .   Pr o c e e d i n g s   o f   t h e   4 2 n d   An n u a l   I EEE/ AC M   I n t e rn a t i o n a l   Sy m p o s i u m   o n M i c ro a rc h i t e c t u r e .   N e w   Y o rk .   2 0 0 9 :   2 4 - 3 3 . [ 6 ] L   C ri p p a ,   R M i c h e l o n i .   I n s i d e   N AN D   F l a s h   M e m o ri e s .   N e w   J e rs e y :   Sp r i n g e r .   2 0 1 0 :   2 6 1 - 2 7 0 . [ 7 ] Ko j i   S a k u i ,   Ka n g - D e o g   Su h . N o n v o l a t i l e   M e m o ry   T e c h n o l o g i e s   w i t h   Em p h a s i s   O n   F l a s h .   N e w J e rs e y :   J o h n W i l e y .   2 0 0 8 :   2 9 7 - 3 0 1 . [ 8 ] C h u n d o n g   W a n g , W e n g - F a i   W o n g , E x t e n d i n g   t h e   l i f e t i m e   o f   N AN D   f l a s h   m e m o ry   b y   s a l v a g i n g b a d   b l o c k s .   D AT 2 0 1 2 .   D re s d e n .   2 0 1 2 : 2 6 0 - 2 6 3 . [ 9 ] J i a n   J u s t i n   C h e n   e t   a l .   F l a s h   M e m o ry   R e l i a b i l i t y ,   N o n v o l a t i l e   M e m o ry   T e c h n o l o g i e s   w i t h   Em p h a s i s o n   F l a s h :   C o m p re h e n s i v e   G u i d e   t o   U n d e rs t a n d i n g   a n d   U s i n g   F l a s h   M e m o ry   D e v i c e s .   M a l d e n : W i l e y   I n t e rs c i e n c e .   2 0 1 0 [ 1 0 ] Ka i   Bu ,   H u   X u i ,   e t   a l .   S a l v a g e   t h e   Po s t   L i f e   o f   So l i d   St a t e   D i s k .   I C M I A.   G u i l i n .   2 0 1 3 ;   3 3 6 : 1 5 1 0 - 1 5 1 3 . Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.