eMMC 生命周期预估、验证和监控

eMMC 生命周期预估、验证和监控

NAND 闪存不是简单的读/写数据介质。为提高使用的可靠性，应实施多种算法：NAND 块管理、碎片收集、错误控制和损耗均衡。现代 NAND 闪存使用存储设备上的算法管理，而不是在主机处理器中实施管理。这对其用户来说属于优点，因为减少了 NAND 管理的复杂性，简化了产品支持和维护。

主机写入 NAND 闪存的效率低，可能造成介质提早失败。NAND 最小的组织单位是页，可以读取和编程，但不能擦除。可以擦除的唯一组织单位是块，它包含多个页面。因此，在块被擦除之前不能覆盖页面。随着时间的过去，块在到达其耐力水平后就会失败。也可能发生导致提早失败的缺陷。

NAND 闪存提供有限的编程-擦除循环。达到该限制便意味着设备处于 EoL 状态，从而不再可靠。耐久性根据 NAND 单元的配置而有所不同。

单级单元配置：此设置的耐久性最高，误差幅度最大。

eMMC 读取和写入 512 字节扇区单元，这是逻辑单元，而非物理单元。扇区地址称为逻辑块地址或 LBA。当修改数据时，擦除整个 NAND 块不切实际，会造成未更改的页面出现低效的损耗。LBA-PBA（物理块地址）映射架构提供更小的写入来均衡块损耗，称之为“损耗均衡”。LBA 通过地址转换表映射至 PBA。此过程会均衡块损耗，提高写入速度。

地址映射的过程如下所示：

·       eMMC 扇区是 512 字节，而 NAND 页面是 16kb。映射表A将 32 个连续扇区地址组成一个页面大小的单元。

·       如果修改页面组中的扇区，控制器将读取该页面的整个组，更新任何修改的扇区，然后将新数据编程回新页面。

·       在编程更新的页面之后，表会更新，以更新的 NAND 页面的块和页面地址覆盖之前的条目。

·       即使只修改一个扇区，NAND 闪存也必须编程整个页面。这种低效称为“写入放大”。NAND 闪存写入与 eMMC 设备级写入的比率是 WAF（写入放大因子）。

小幅、随机、非页面对齐的重写通常是写入放大的最大来源。为尽可能减小 WAF，写入应在多个页面大小单元的页面边界对齐。此最佳单元大小在扩展 CSD 寄存器的“最佳写入大小”字段中。

用于确定写入总字节数（或 TBW）的公式简单易懂：

(设备容量 * 耐久因子) / WAF = TBW

通常，WAF 介于 4 与 8 之间，但取决于主机系统写入行为。例如，大型连续写入会产生较低 WAF，而小数据块的随机写入会产生较高 WAF。这种行为通常会导致存储设备提早失败。

例如，耐久因子为 3000 WAF 为 8 的 4GB eMMC 等于：

(4GB * 3000) / 8 = 1.5TB

eMMC 设备的写入总字节数为 1.5TB。因此，我们可在产品达到 EoL 状态之前的整个生命周期写入 1.5TB 数据。

要预估您的 TBW 要求，请先预估相关设备的每日使用量。例如，每天写入 500MB（预期 5 年使用寿命）的工作需要一部 TBW 超过 915GB 的设备：

0.5GB * 365 = ~每年 183GB，或 5 年 915GB

TBW 可用于确定设备的最大允许 WAF，因为 TBW = (DC * EF) / WAF。如果设备使用寿命不能达到产品应用的目标 TBW，您可以尝试改进其性能。考虑使其进入 Pseudo Single Level Cell（伪单级单元）模式，通过将设备从 TLC 或 MLC 转换为每单元一位模式，使耐久性提高十倍。但这会大幅减少容量：每单元两位 MLC 设备会减少 50%，三位 TLC 设备则减少超过 66%。如果您对此解决方案不满意，也可以选择更大的设备来处理同样的工作。设备容量提高一倍，TBW 也会增大一倍。