都是颗粒 为什么SSD有寿命、内存却没有？

随着技术的发展，我们使用的存储器也各种各样，虽然都基于芯片颗粒，但表现截然不同，比如说读写次数限制，或者叫寿命，SSD固态硬盘就有限制，DRAM内存却没有。

按照分布位置的不同，DRAM内存属于内部存储器，紧挨着CPU处理器，用来临时存放后者需要的运算数据，并与外部存储器进行交换，起到桥梁的作用。

DRAM内存的特点是读写速度快、延迟低，但属于易失性存储，也就是一旦断电，数据就会全部丢失。

DRAM内存颗粒利用晶体管加电容来保存数据，而且只是临时存储数据，并没有实质性的写入，不涉及对物理单元结构、属性的改变，所以可以无限次读写。

当然，这并不意味着DRAM内存就可以永久使用，毕竟其中的晶体管、电容等物理结构也会慢慢老化，所有电子设备都是如此，只是这个过程非常非常缓慢，正常使用根本感觉不到。

SSD则是外部存储，用来长久保存数据，属于非易失性存储，断电后数据还在，但是相对速度慢、延迟高，HDD机械硬盘、U盘、光盘等也是此类。

SSD的存储介质是NAND闪存颗粒，需要施加不同的电压、改变内部状态来存储数据，随着时间的流逝、读写次数的增加，会出现物理性的损耗，最终不可用。

NAND闪存的寿命一般用P/E编程擦写次数来描述，写满一次容量就损失一次P/E。

SLC大约是10万次，MLC只有5000次左右，TLC就只大概2000次，QLC仅为1000次上下，所以不得不依靠更多管理技术和算法来辅助，以保持寿命。

但另一方面，SLC、MLC、TLC、QLC的存储密度越来越大，SSD容量也越来越大，写满的概率越来越低，所以整个SSD的实际寿命其实并没有大大缩短，一般应用无需过分担忧寿命问题。

纳米技术走到尽头？为什么你买的固态硬盘不再标注闪存制程信息

在我们打开一个固态硬盘的产品信息页面时，总是能看到"采用3D NAND闪存"这样的介绍。大家是否想过，为什么3D结构会取代制程微缩成为闪存的发展方向？

15nm制程成为2D与3D闪存的分水岭，在15nm之后闪存不再像CPU那样继续向更先进的10nm、7nm制程迈进。是什么样的原因使得更先进的半导体制程与NAND闪存无缘？现在的3D闪存到底又是什么制程节点制造的？

TLC转折点

各种闪存新技术的出现，本质上都是为了降低每GB容量的成本。NAND闪存相比内存有一个优势，它在一个单元里可以存储多个比特(bit)的数据。这是制程微缩之外的另一种扩容量、降成本手段。当发展到TLC（3bit/cell）后，遇上麻烦了。

闪存单元的FG浮栅结构就像一个可以存储电子的桶，其中容纳的电子数量会影响到闪存单元的读取阈值电压Vth。在TLC中为了表达3比特数据已经需要用到8种不同的阈值电压，如果发展到QLC的4bit/cell结构，更需要区分出16种阈值电压，这就像蝇头小楷一样难以看清。

电子危机

制程微缩的过程进一步加剧了闪存危机，新制程的FG浮栅结构中能容纳的电子总数不断下降，发展到一个非常危险的水平。下图中的红线是过去BCH纠错技术下的可用界限，除非改变闪存结构，否则制程微缩将难以为继：制造出的闪存单元会因为能够容纳的电子数量太少而极其容易出错。

3D闪存架构提出

3D闪存就是攻城狮们找到的新结构出路。早在2007年，东芝就首次提出BiCS三维闪存结构，成功地解决了当代的发展难题。目前市场上在售的固态硬盘几乎全部使用了3D闪存。

3D闪存并不是简单地把闪存单元从平面堆叠成立体状态，而是涉及了基础的结构变化。下图为东芝BiCS三维闪存与传统平面闪存的结构对比。

最终结果使得闪存单元之间的间隙变大、读写干扰得到降低。同时，Charge Trap取代了传统的Floating Gate结构，有力地提升了闪存单元"抓住"电子的能力，降低了漏电速度。

3D闪存的制程信息

很多地方说3D闪存之所以更耐用，是因为使用了更老的制造工艺。这一点其实只适用于初代的3D NAND，40nm的制程使得初代的3D闪存非常昂贵，没有达到扩容量、降成本的初衷。

尽管闪存原厂都不再透露3D闪存的具体制程信息，TechInsights的分析报告还是给出了我们想要的答案：目前的64层堆叠、96层堆叠技术使用的都是19/20 nm制造工艺。

3D闪存的未来

现在3D闪存已经在固态硬盘当中大为普及，未来还会有4D闪存吗？其实4D概念去年就有闪存厂商提出，不过"4D"只是将闪存中的外围电路拿出来，置于存储单元阵列的下方，属于3D工艺的一个小改进。

目前的主流3D闪存拥有64层堆叠层数，东芝在去年率先宣布96层3D TLC。在即将到来的下个节点是96层堆叠与QLC的结合，东芝的96层BiCS4已实现1.33Tb/die的存储密度，如果以8die封装来计算，每个闪存颗粒就可以提供高达1.33TB的海量存储空间，手机和固态硬盘的容量即将迎来又一次爆发式增长。

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