介紹

磨耗平衡（Wear Leveling）是一項關鍵技術，用來克服 NAND Flash 記憶體的固有限制。它透過管理整個 NAND Flash 裝置中各記憶區塊的使用頻率，確保每個區塊都能儘量平均地被使用。有效的磨耗平衡對於延長 Flash 裝置壽命與提升可靠性至關重要。這項技術會主動監控並控制各區塊的寫入/抹除（P/E）次數，避免某些區域過度磨耗，並在整體記憶體中均勻分散使用負載。

Flash Block Management

Flash 區塊管理
一個 NAND Flash 裝置大致可分為三個主要功能區域：

• 使用者資料區塊：保留用來儲存使用者資料，構成裝置的邏輯容量。
• 可用區塊：用於磨耗平衡與壞區塊管理。
• 系統區塊：供 Flash 轉換層（FTL）進行系統功能，例如對應表、快取記憶體與韌體操作等。

為了在整個記憶體中維持均勻的磨耗分佈並延長產品壽命，SP Industrial 的產品導入了三種磨耗平衡技術：動態磨耗平衡、靜態磨耗平衡，以及全域磨耗平衡。這些技術分別對應不同的存取模式與運作需求。

• 動態磨耗平衡 主要針對頻繁更新的資料（動態資料）。此技術會將寫入操作分配至 P/E 次數最低的可用區塊，從而在活躍區塊間達成使用平衡。此方法實作相對簡單，能有效處理短期內的磨耗問題，但對於少更新的區塊（靜態資料）則無法發揮作用，因此在長期耐久性方面的效果有限。
• 靜態磨耗平衡 進一步擴大磨耗管理範圍，涵蓋整個 NAND Flash 晶粒內的靜態資料區塊。它會定期將靜態資料重新配置到較少使用的可用區塊，使磨耗更均勻地分布在整個記憶體中。此技術提升資料配置的「流動性」，有助於消除磨耗瓶頸，並提升整體記憶體效率。靜態磨耗平衡對於延長裝置壽命具有關鍵意義。
• 全域磨耗平衡 是最全面的管理機制，會監控整個 Flash 裝置所有區域的磨耗狀況。記憶體會被劃分成多個區域，並追蹤各區域的寫入頻率。如果主機頻繁對同一區域進行寫入，該區可能會比其他區域更快磨損。全域磨耗平衡能偵測這種不均情況，並透過將寫入操作重新分配至較少使用的區域來調整，確保整體裝置的磨耗分布達到平衡，進一步提升耐久性與可靠性。