了解NAND闪存的基本知识

NAND闪存是一种非易失性存储器，这意味着无论驱动器是否连接电源，它都可以存储电荷。还有其他的闪存的类型，但NAND是目前SSD存储中使用的主要架构。

NAND驱动器由一个或多个闪存芯片组成。每个芯片包含多个模具，每个模具包含多个平面——通常是两个。平面被划分为块，块被划分为页，页被划分为单元，也就是比特存储的地方。虽然数据是在页级读取和写入的，但只能在块级擦除。这将导致复杂的写擦除过程．

NAND驱动器还配有控制器来管理数据操作和地址写入擦除复杂性。控制器是一个特定于驱动的处理器，执行固件，并处理高级操作，例如佩戴水平，垃圾收集、加密、坏块映射和错误代码更正（ECC）。

单级单元NAND闪存基础知识

当读、写或擦除数据时，NAND驱动器使用适用单元的电压状态来确定或设置它们的位设置。最基本的NAND芯片被限制为每个单元只有一位数据。因此，单元格总是处于以下两种状态之一:程控(0)或擦除(1). 控制器通过施加到电池上的电压水平来确定状态。

每个单元仅包含一位的NAND芯片称为单级单元（SLC）闪存。由于每个单元只存储一个位，控制器可以快速轻松地确定单元的状态，而不会产生由多位单元体系结构产生的错误数。因此，SLC芯片比多位芯片性能更好，可靠性更高。

所有闪存芯片只支持有限数量的写擦除操作。对于SLC闪存，故障前的数字约为100000。由于每个单元上的额外磨损，每个单元包含超过一位的芯片的阈值要低得多。

基于SLC闪存的驱动器的成功很大程度上归功于内置于控制器及其固件的高级功能，以及缓存和过度配置．即便如此，它是单细胞架构，驱动SLC闪光灯后面的性能和耐力。不幸的是，这些能力也有一个余性的价格标签。

多层细胞NAND闪存基础知识

为了降低成本，供应商产生多级单元（MLC）闪存，其中两位数据存储在每个单元中，这导致每位较低价格的更大的容量。尽管多名称的一部分，MLC通常是指双位结构。

不幸的是，MLC闪存不能表现和SLC闪存。它也是更多容易发生数据损坏而且耐力水平要低得多。例如，由于每个单元的比特率较高，电压读数必须更加精确，这使得芯片更容易受到高温的影响。此外，单元级操作更为复杂，因为需要导航每个单元的额外位。

更高的数据损坏率还需要更健壮的ECC过程，这可能会进一步影响性能。此外，控制电压状态的物理机制损耗更快，这导致在发生故障之前，write-erase阈值在3,000到10,000之间——比SLC flash低得多。

但是，与SLC Flash一样，MLC Flash使用磨损练级，垃圾收集，缓存，过度配置和其他先进技术来提供最大化可靠性和耐力的SSD。

此外，一些供应商还提供企业MLC (eMLC) flash，它降低了写入单元的数据的速度和密度，但仍然使用MLC架构。这种方法可以将持久性延长到传统MLC的三倍，达到高达30000个写-擦周期，而且它仍然是SLC闪存的一种更便宜的替代方案。也就是说，eMLC flash的性能不如MLC flash。

三级单元格NAND闪存基础

由于企业数据的需求不断增长，供应商继续努力完善triple-level细胞（TLC）闪存，每个单元存储三位数据。作为这些努力的一部分，供应商正试图将多余的比特压缩到更小的单元中，以便在一个芯片上容纳更多的单元。其结果是随着时间的推移，密度大幅增加SLC和MLC闪光灯．这有助于进一步降低SSD价格。

然而，闪存面临的挑战是，随着密度的增加，电压操作变得更加敏感，数据管理也更加复杂。这会导致比MLC闪存更低的性能、更高的错误率和更少的写擦除周期。此外，由于单元之间的距离更近，控制器在确定和控制时必须更加精确设置电压状态参与细胞的。更高的比特率也会导致细胞层侵蚀得更快。

由于这些限制，TLC闪存的预期寿命只有500到1000个写擦除周期，芯片才会出现故障。许多组织使用TLC闪存仅适用于读取繁重的工作负载而不是写密集的。

与MLC flash一样，支持技术发展迅速。不久，TLC flash就可以更好地支持其他类型的工作负载。目前，组织可能会坚持使用SLC或MLC闪存来处理关键的写密集型应用程序，除非有更新的技术能使TLC闪存成为更可行的替代方案，比如3D NAND。

3D NAND闪存基础知识

典型的NAND闪存芯片包含单个存储器单元，称为a刨床布局．通过增加比特率和缩小单元尺寸，供应商已经能够以更低的价格生产密度更高的ssd。但这些更大的密度也导致了更多的电干扰和更低的耐力，这使得它很难超越目前的平面阈值。

要解决NAND的身体限制，供应商转向3d nand.，它将存储单元堆叠到硅的多层中，以创建垂直布局。每一层都基于MLC或TLC架构，但单元的间距大于平面布局。这会降低耗电率和干扰率，但仍能实现更高的密度。

3D NAND中的分层架构可以帮助提高可靠性，最大化耐久性，并在平面多单元闪光上提供更高的写性能，并进一步降低每位的成本。3D NAND也使TLC闪存成为写入密集型企业应用程序的更具可行的替代品。较新的架构甚至可能会制作四级单元（QLC）闪光灯在不远的将来，这是一个更可行的前景。

3D NAND的最大挑战正在制造芯片，该芯片呼叫高度精确度以完全对齐层和块。供应商还必须在可以开始生产芯片所需的技术方面进行大量投资。三星，英特尔和微龙等公司通过方式，3D NAND是轨道，成为企业SSD的明确标准。