上一篇介紹到為了保持閃存的源極電壓為0、或者保證源極電壓在寫入和讀取時不變，NOR和NAND都會有一些設(shè)計或者操作上的變化來解決這一問題。在NAND閃存上，另一個比較特殊的需求就是NAND中寫入的數(shù)據(jù)需要做隨機(jī)化處理。這一定程度上也和NAND存儲單元源極電壓的歸一性相關(guān)。

如圖所示，假設(shè)有4個NAND串，最下方三行的編程、擦除狀態(tài)如下：

在用戶讀取最上方一行的存儲單元時，這些存儲單元的源極電壓狀態(tài)會各不相同，其中第一個串的源極電壓與第二個串的源極電壓之間的差異最大，這和它們下面的存儲單元的編程狀態(tài)相關(guān)。在遙遠(yuǎn)的SLC時代，這一差異尚不足以對數(shù)據(jù)讀取造成偏差，所以幾乎沒有閃存供應(yīng)商要求用戶數(shù)據(jù)做隨機(jī)化。但隨著MLC的到來，這一需求就變得十分強(qiáng)烈 -- 哪怕少許的源極電壓歸一化，都會對MLC的性能、可靠性帶來巨大的幫助。因此幾乎所有的NAND閃存廠商都開始要求用戶在存儲單元里均勻地寫入不同編程態(tài)的數(shù)據(jù)。這樣做的好處是，任何一個被讀的閃存單元，決定其源極電壓的其他單元所提供的影響是相同的 (其實對漏端的影響也是如此)。

以MLC為例，由于有E/P1/P2/P3四個狀態(tài)，因此NAND閃存廠商希望寫進(jìn)MLC的數(shù)據(jù)，這4個狀態(tài)能夠各占25%。另外不僅僅占比相同，且位置分布也是均勻的。NAND閃存的塊可以看成是一個二維平面，X軸是頁(page)方向，Y軸是串(String)方向。在這個二維平面上，各個狀態(tài)的存儲單元均勻地分布著，且各占25%。TLC也是如此，它和MLC的差異就是在這個平面上有8個不同的編程狀態(tài)均勻地分布著，且各占12.5%。

NAND閃存的使用，離不開控制器的支持。當(dāng)最初幾代需要做數(shù)據(jù)隨機(jī)化處理的NAND閃存面市時，市面上的閃存控制器、尤其是已經(jīng)大規(guī)模量產(chǎn)的閃存控制器還沒有能力支持這種隨機(jī)化需求。因此，這幾代NAND閃存，都自帶了內(nèi)置的Randomizor。這些Randomizor的作用是將控制器寫入閃存的數(shù)據(jù)先做隨機(jī)化處理 -- 實際就是和一些Random Key做異或 -- 再寫入存儲單元。

這些Random Key本身是隨機(jī)的，因此哪怕用戶數(shù)據(jù)不夠隨機(jī)，和Random Key異或之后也能得到一個隨機(jī)的結(jié)果。

在讀出時，閃存需要將存儲單元里的數(shù)據(jù)和這些Random Key再做一次異或，就能得到原始數(shù)據(jù)。

但閃存內(nèi)置的Randomizor也造成了不少壞處，比如：

1) 閃存的讀寫延遲變長了。尤其對讀來說，幾個微秒的Randomization延遲，對性能傷害頗大。

2) 控制器如果不知道閃存內(nèi)部的Random Key的具體數(shù)值，就不會知道寫入閃存的數(shù)據(jù)究竟應(yīng)該落在哪個Vt分布上。這對使用BCH編碼做誤碼糾錯的NAND閃存而言，還可以忍受。但對LDPC，或其他依賴閃存Vt做DSP的控制器來說，則不能接受。

因此在最初幾代NAND閃存內(nèi)置Randomizor之后，所有的NAND都要求控制器具有Randomization的能力 -- 控制器對用戶數(shù)據(jù)先做隨機(jī)化處理，再做LDPC編碼，之后寫入NAND閃存。

讀取就是將這個過程反過來，不多贅述。

當(dāng)然因為Random Key和閃存的物理結(jié)構(gòu)相關(guān)，因此每家NAND閃存供應(yīng)商還是會提供一組合適的Random Key，給到與他們合作的控制器廠商。控制器廠商所需要做的事情就是讓他們的控制器設(shè)計得足夠靈活，以匹配不同NAND原廠的不同代際的產(chǎn)品。

閃存數(shù)據(jù)隨機(jī)化還有其他很多好處，等將來有機(jī)會在再作討論。

說了很多閃存源極電壓在讀取時如何保持穩(wěn)定。由于閃存單元是一個四端器件，因此另外三端：漏極、柵極和襯底，在讀的時候一樣要保持穩(wěn)定。

用NOR閃存的柵極作一個例子：它的穩(wěn)定不在于柵極電壓本身的穩(wěn)定度，而在于柵極電壓多快能夠達(dá)到穩(wěn)定的狀態(tài)。NOR閃存的柵極(Word Line，字線)一般是多晶硅，其電阻率比3D NAND閃存的金屬字線要大很多。且由于NOR閃存的讀取延時(tR)很短，一般在100納秒以內(nèi)，因此要求NOR閃存的柵極電壓能夠在小幾十納秒之內(nèi)就能達(dá)到穩(wěn)定的狀態(tài)。這對于SLC的NOR閃存而言問題不大。但對于MLC NOR閃存則相對困難。和NAND閃存不同，NAND閃存一個存儲單元里面的不同bit隸屬于不同的頁(參見“閃存閾值電壓(Vt)的編碼與用戶數(shù)據(jù)的對應(yīng)”)，但NOR閃存因其編程是熱電子效應(yīng)，每個存儲單元的編程功耗太大，所以為了一次存儲更多數(shù)據(jù)，MLC NOR閃存的存儲單元里的兩個存儲單元隸屬于同一個頁。

因此MLC NAND的數(shù)據(jù)最多需要通過兩次Vt比較得出(參見“閃存閾值電壓(Vt)的編碼”)，而MLC NOR的數(shù)據(jù)則每回讀出都要比較三次Vt。所以MLC NOR對柵極電壓爬升速度的要求非常高。曾經(jīng)有一些NOR閃存利用額外的金屬層，在金屬層和柵極字線之間打孔連接，以降低多晶硅柵極的RC值，達(dá)到提升tR性能的目的。