为什么闪存有两种封装形式？TSOP和BGA各有什么特点？

关注固态硬盘的朋友可能会发现，闪存颗粒有TSOP和BGA两种封装形式，前者在颗粒两侧各有一排引脚，后者则在芯片底部有大量的信号触点。它们二者有何区别？

电脑老玩家们应该还记得第一代DDR内存以及更早的SDRAM内存条，当时内存颗粒也普通使用TSOP封装。下图是一条笔记本SDRAM内存条，工作频率100MHz，容量64MB：

而从DDR2开始，内存条颗粒全面转向BGA封装，工作频率和容量都比过去更高。

通过上面的例子大家应该已经能够猜出，TSOP并不适合高速信号传输，在存储密度上也不及BGA封装。但是对于固态硬盘来说，TSOP封装能够在Toggle标准下实现400MT/s传输速率，足以应对SATA固态硬盘的需求。

尽管TSOP在理论上不够先进，但在2.5寸SATA固态硬盘当中有足够的空间容纳大量的颗粒，在SATA3.0接口的限制下TSOP闪存性能也没有空间或者性能上的瓶颈。

东芝TR200就部分使用了TSOP封装的3D TLC闪存，实惠稳定的口碑并没有受到TSOP的影响。

即便是在体积更紧凑的M.2固态硬盘中，同样有使用TSOP封装闪存颗粒的型号，基本都属于SATA协议的产品。PCB横向宽度足够容纳它，四颗颗粒也完全填满主控的四个闪存通道，没有不良影响。

而在高速NVMe固态硬盘当中，清一色都是BGA封装的闪存颗粒，这是闪存读写带宽的需要，也是完整利用主控闪存通道的需要。

BGA封装可以取得比TSOP更高的接口速度，闪存同主控之间的数据传输速率可以提升到533MT/s以上，满足填饱PCIE 3.0 x4接口的需求。同时，采用BGA封装的闪存颗粒可以引出多个闪存通道，从而充分利用高端NVMe主控的8通道优势。

作为NVMe旗舰机型，东芝RD500使用了8通道TC58NC1201GST主控，搭配96层堆叠BiCS4 3D TLC闪存，取得了标杆级的性能表现。

对于未来PCIE 4.0固态硬盘而言，下一代铠侠（原东芝存储）BiCS5将提供1200MT/s的闪存接口，如此高的传输速率唯有BGA封装才能实现。而入门级的SATA固态硬盘或将继续沿用成熟的TSOP封装形式，这也是闪存满足不同需求的体现。

V-NAND到底是个啥？三星970EVO Plus强悍性能的背后

当我们在聊固态硬盘的时候，我们到底在聊些什么？经历了十数年的行业发展后，固态硬盘的技术规范和产品形态上逐步实现了统一，各家产品的差异已然上升到了内部架构和核心组件方面的技术代差上了。

简单剖析，固态硬盘产品的内核无外乎三大组件，用于调控整体存储功能和特殊机制的“大脑”即主控芯片，产品内部制作成本最高、担当存储重任的闪存颗粒，以及部分产品上用于产品支撑的缓存颗粒。

至于重要性而言，一举打破存储行业格局，让固态硬盘走入千家万户的存储介质，即闪存颗粒部分，可以说是区别固态硬盘好坏的最重要的内核组件。今天，笔者就以业界知名的三星970EVO Plus为实例，简单聊下关于闪存颗粒的技术和功能演变。

01 关于NAND闪存：单位电荷数Bit的变迁

NAND闪存，按照业界一般的理解， 本质上是一种长寿命的非易失性(在断电情况下仍能保持所存储的数据信息)的存储器，其中非易失性的突出特点，使得这种基于通断电存储的介质能够长久的保存数据，最终使得NAND闪存颗粒走向了前台；其实，熟悉闪存的朋友，可能还听过另一个词，即Dram颗粒，即动态随机存取存储器，同样是基于通断电的特性，只不过DRAM芯片的每次存储数据的过程中需要对于存储信息不停的刷新，无法实现长久存储，因而错过了这次“C位出道”的时机。

三星原厂NAND闪存颗粒

NAND闪存工作的原理是通过单位NAND内部电荷数Bit的通电和放电，实现对数据的存储。基于无机械结构的电荷存储优势，NAND闪存技术能够提供包括高性能、稳定、耐摔耐磕碰、一体成型故障率低等多种特点，迅速成为了各家存储厂商研发的重点。

因而，为了进一步提升NAND闪存容量，满足用户对于大容量存储的需求，在以三星、东芝、Intel等领先的NAND原厂推进下，研发出了不同电荷数Bit的多种NAND颗粒，即为SLC(1bit）、MLC（2bit）、TLC(3bit)、QLC(4bit)以及处于实验阶段即将量产的PLC（5bit）等类型。

不同颗粒类型的bit数分布

可随着单位电荷数Bit的堆叠，带来了两个后果，一是单位电荷Bit的增加对于半导体工艺制程的要求越来越高，从50nm制程一路升级到14/15/16nm制程，半导体制程工艺越来越无法满足更多单位电荷数Bit的堆叠了；二是单位电荷数Bit的堆叠，会在狭小的NAND闪存内部产生大量的干扰电流，严重影响闪存产品的性能和寿命。

02 三星V-NAND技术：从平面到垂直的创新性探索

为了解决单位堆叠的带来的电荷干扰问题以及半导体工艺的瓶颈，三星创新性的提出了在原有制程的基础上将NAND闪存以3D堆叠的形式，封装在NAND闪存之中，一方面解决了在平面的狭小空间内多个电荷数排列产生的电子干扰问题，保证了产品的质量和性能；

全球首款V-NAND技术产品

更为重要的是，解决了工艺制程无法推进容量提升的瓶颈，用3D堆叠替代2D平面排列，让NAND闪存以垂直的形式进行排列，进而提升了总体的容量。

V-NAND和普通2D NAND

朴素的理解就是，此前的NAND闪存就像在单位面积的地基上盖平房，平房的容积是恒定的，要想提升入住人口，只能无下限的降低单位容积率，其后果就是制造工艺和电磁干扰；

而V-NAND技术诞生之后，2D的平房变成了3D垂直的楼房，理论上只要高度不限制，单位面积的地基上的可利用容积几乎等同于无限，即避免了制程工艺的瓶颈又解决了电磁干扰的问题。

01 V-NAND技术是三星970EVO Plus强劲性能的有力支撑

三星V-NAND技术从2013年引入市场，便引发了全行业的关注，从初代的32层（即在单位面积上的堆叠层数）到后续的64层，直到9X层，根据公开消息，三星V-NAND技术或将提升到200+层堆叠，最大限度的提升单位闪存的利用率。

而笔者手中这款三星970EVO Plus便是采用三星全新V-NAND技术研发的旗舰级产品，基于V-NANDND技术在容量和稳定性上巨大优势，搭配着三星自研的Phoenix主控，使得三星970EVO Plus的性能实现了超越。

根据官方提供的数据，三星970EVO Plus最大读取性能达到了3500MB/S，最大写入性能也达到了3300MB/S，几乎达到了消费级固态硬盘的巅峰水准。作为一款推出了数年的旗舰级固态硬盘，在即将踏入存储新纪元的当下，依旧没有任何一款同级别的PCIE3.0固态能够在性能上实现对970EVO Plus的绝对超越。

实测性能

这背后的原因，无外乎三星在V-NAND技术上的近十年的积累，以及在此基础上进行的主控配对和优化。

多说一句，随着PCIE4.0时代的来临，三星也将在新世代推出旗舰级980PRO固态硬盘，进而延续PCIE3.0时代的行业地位，可以预见的是，980PRO固态硬盘依旧会在V-NAND堆叠、主控性能方面实现大跨越的升级，至于三星970EVO Plus则还是会成为PCIE3.0世代下的王者存在。

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