eMMC使用寿命评估

一. 背景介绍

最近有两台产品在研发自测时，出现了TF卡程序烧录不成功或者烧录成功后无法重启的BUG；修改程序后，可以烧录成功，且可以正常上电重启。但与正常样机相比，有问题的样机烧录时间大致为14min，正常的样机只需6min。

最终定位到是A53核心板的问题。从核心板的信息来看，出问题的核心板是2019年或者2020年的。由于研发样机使用频繁，程序烧录、升级、处理信息保存以及删除都会加快eMMC的损耗，因此怀疑是eMMC使用寿命快到了，内部坏块增多，性能下降导致。

两块问题核心板均已寄给了供应商分析，目前的情况是：核心板1，在供应商复现问题后，直接更换了eMMC就恢复了正常；核心板2，供应商修改烧录脚本，去除多余烧录条件后，也恢复正常，但我司采用的烧录脚本是否只是单纯的软件逻辑问题，还是与eMMC内部硬件情况相关联，仍在进一步分析中。另外核心板2，通过指令查询，发现使用寿命已近90%，因此仍担忧产品的使用寿命问题，有必要评估一下在自家产品上eMMC的使用寿命。

二. 寿命分析

1. 相关介绍

• eMMC简介

Flash分为两种规格：NOR Flash和NAND Flash，两者均为非易失性闪存模块。

NAND Flash按内部存储密度又分为SLC、MLC、TLC和QLC。其中SLC的每个Cell单元存储1bit信息，MLC存储2bit信息，TLC 存储3bit信息，QLC则存储4bit信息。SLC、MLC、TLC和QLC按照排列顺序，容量依次变大，但读写性能和可靠性都变差，P/E寿命变短。

如图1所示为eMMC的整体架构，eMMC内部是把NAND Flash芯片（Flash内存阵列）、存储控制器封装在一起。存储控制器负责管理内存，并且提供标准接口，使得eMMC能够自动调整主机与从机的工作方式。

• eMMC寿命定义

eMMC的存储控制器，负责存储器的管理工作，包括坏块管理、纠错、循环冗余码校验以及擦写均衡等。eMMC寿命以擦写次数定义。一次擦写定义为所有存储块都轮循擦写一次。由于eMMC内部自带擦写均衡管理，因此基本上eMMC的寿命就是指所有存储块轮循擦写的次数。

通常SLC的P/E寿命在1万次~10万次之间，MLC寿命在3000~5000次不等，TLC寿命为1000~3000次，QLC寿命300~500次不等（请注意：目前能查询到的擦写寿命信息并不统一）。

2. 寿命评估

A53核心板采用的eMMC为MICRON的MTFC8GAKAJCN-4MIT，规格书并没有给出其擦写寿命，但其属于MLC型eMMC，可以按3000次擦写进行评估。目前从软件同事那了解到，程序占用空间大致为1.8GB以内，单条历史记录2.5MB。

在实际客户使用中，程序重新烧录的机会极少，U盘程序升级涉及到的程序量也只有几十MB，可以认为程序占用的1.8GB空间是固定的，因此eMMC可允许擦写总量为Ez=(8G-1.8G)*3000=18600GB。粗略评估可擦写历史记录条数为Ns=18600GB/2.5MB=7618560，再假设每天1000条历史记录，则一年365000条历史记录。A53核心板按照eMMC进行寿命评估，Ny=7618560/365000=20.87年，可满足产品的使用寿命要求。

当然，以上只是粗略评估，实际上，eMMC存储器更新操作要先擦除后写入，且擦除时又不能按字节来执行，只能把整个块擦除。现在的eMMC存储设备基本上是采用较大的擦除块来执行擦除操作，带来的问题是：在更新操作中，小数据的更新会造成整个擦除块的擦除和更新，这样就造成了大量无用的更新。

实际情况更复杂，包括eMMC文件系统的运行机制、产品处理数据的更新、以及配置参数的变更，都会大大影响设备的使用寿命，难以精准评估影响。但eMMC芯片内部提供了已擦写次数的记录。如果想比较准确的获取寿命评估，可以读取返厂设备的eMMC内部寄存器数据后再进行统计。

三. 结论

A53核心板上采用的eMMC是满足产品使用寿命要求的。