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nand生产过程探访固态硬盘工厂，揭秘SSD生产过程

发布时间 : 2025-03-17

作者 : 小编

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探访固态硬盘工厂，揭秘SSD生产过程

OCZ在固态硬盘市场的经历大体可以分为两个阶段——在没被东芝收购之前，他们在SSD市场闯出了一片天地，还坚持自主研发主控，但作为一家小公司，OCZ在NAND闪存货源上得不到支持，不得不自己想办法（你懂的），但这又导致OCZ的口碑下降。在挣扎之后，OCZ最终选择了委身于东芝，现在已经是东芝旗下的子公司了，获得了稳定的NAND货源，还卖掉了非主业的电源等业务，准备在SSD市场大干一场了。

OCZ公司CEO Ralph Schmitt，后面的牌子上写着“东芝集团旗下公司”

在产品研发和生产层面，OCZ现在已经没什么障碍了，不过SSD市场巨头环视，如何在市场上杀出一条路是个考验，OCZ还需要在营销、宣传上下功夫。最近他们邀请了Anandtech网站去参观了台湾的SSD工厂，OCZ公司的高管向他们讲解了SSD研发及生产的过程，大家可以可以了解下。

SSD固态硬盘研发过程

在介绍SSD是如何生产之前，首先看下SSD的开发过程。

SSD的研发首先源于一个想法（灵感），它可以是任何东西，比如全新型号、现有产品的NAND升级版、大容量型号、不同尺寸的或者新的软件等。之后这个想法会走向P0阶段，变成具体的概念，通常会有简短（1-2页纸）的文档描述。

概念清晰之后，营销及工程团队就会给出他们的反馈意见，这也是非常重要的，因为一个产品要想生产出来，必须要是工程角度上可以执行的。通常情况下，P1阶段会花费三周时间，然后作出更有深度的描述，如果失败的话，它就会返回到概念阶段。

在P2阶段，OCZ开始为这个工程提供更多资源，P3阶段会开始真正的产品计划，这时候会有2个关键的文档完成，也就是市场营销和工程部门的回应。

P2阶段可能是最关键的一步，因为这时候的计划及预算将决定OCZ是否投入几十甚至上百万资金，因此所有文档都必须精心制作及评估以便作出最佳决定。P2阶段的长度取决于计划的复杂度以及涉及到的团队，通常情况下需要三个月时间来制定最终计划和预算。

如果计划资金到位，OCZ就会进入P3阶段，这时候工程任务是最多的。OCZ这时当然希望具体细节如计划的那样，但此时最终的目标是制造出可工作的原型，此后团队开始测试原型。在工程团队进行的同时，其他团队也要继续自己的工作，并准备生产测试样品，这些工作包括供应链认证、确保厂研制周期、制作规格表及营销材料等。

这期间的时长取决于产品，即便使用现成的主控，新产品也可能花费长达1年的时间。如果是全新开发JetExrpess这样的主控，那可能花费数年时间。

认证阶段

P4阶段，也就是检验（validation）及认证（qualification）阶段，这部分主要包括EVT工程验证测试、DVT设计验证测试及PVT产品验证测试。其中EVT将在首个样品上验证它是否能在现实中如设计目标那样真正工作起来，主要涉及功耗、信号及接口等测试，也会有部分性能测试，但EVT阶段固件还远未完工，因此性能不是关键。

DVT阶段会进一步分为两个阶段——正常的DVT及质量/可靠性测试。之所以分为两个阶段是因为EVT及正常DVT都是工程团队负责的，而大部分DVT工作都是质量/可靠性测试，是另一个由Van Patten领导的团队完成的。

PVT是P4阶段中靠后的测试，主要集中于可靠性及制造工艺的可重复性上。PVT测试的目的是确保生产出来的每个产品都是一样的质量，这部分工作通过使用dye&pry染色及X-Ray射线检查PCB焊接中是否产生缺陷来完成的。

其他PVT测试则会评估工厂质量检验系统的准备状态以确保每个质量控制阶段都能分辨好产品与坏产品，保证流入到消费者手中的产品都是没有缺陷的。ORT持续可靠性测试也会挑选样品开始测试，以保证随着时间增长质量也没有变化。

整个质量认证过程的进度要看具体情况了，短则2个月，但也可能长达半年，如果产品比较复杂的话。在认证阶段，OCZ通常设置2-5组工程样品以便能发现问题并解决问题，但这时候不会有什么预调，它主要依赖测试中会发现什么问题，需要什么程度的修正。直到产品通过了所有质量及可靠性测试，它才会进入下一个阶段。

生产阶段

在P5阶段，硬盘将从工程及验证阶段转向操作阶段，这通常需要3-6周时间。

一旦生产方面准备就绪了，OCZ就会发布新品公告，然后开始大规模生产，并准备发货给消费者。现在我们来看下SSD到底是如何生产的吧。

OCZ在台湾的工厂位于桃源县的中坜市，与台北市中心大约有45分钟的车程。技术上讲这个工厂实际上是属于台湾力成科技（PTI），因为东芝收购OCZ的条件之一就是OCZ卖掉工厂。至于力成科技，他们在业界很知名，员工数超过1万，客户中不乏苹果这样的大公司。

除了组装之外，PTI也有晶圆针测及核心封装的业务，实际上东芝NAND闪存的封装也是PTI代工的，原文表示三星是唯一一家自己做封装的NAND公司。

PTI与OCZ的合作很亲密，毕竟在收购之前这家工厂的员工都是OCZ支付薪水的。PTI的产线中有两条SMT生产线是专门给OCZ的，每月产能大约7万单位。如果有需求的话，OCZ还会要求PTI公司其他工厂及SMT产品线来提高产能，该区域可以容纳10条SMT产线。

当然，这座工厂倒不是专门为OCZ生产硬盘的，其他厂商的SSD也在这里，采访中他们一行就见到了金士顿的SSD。

组装SSD

以下就是SSD组装的过程了，其实SSD生产线我们之前介绍过金士顿的新竹工厂，SMT产品线生产大同小异。

开始印刷电路

这里储存的是焊料，要求温度接近于0，所以有专门的温箱

电路印刷好了，一次可以印刷四张PCB

然后PCB上开始安装元件

这是主控芯片，在PCB进入高温焊接前这是最后安装的元件

这里开始就是焊接了，需要加热

这个窗口可以检查PCB焊接是否有问题

PCB完成之后就是安装外壳了

固件烧录

组装完成之后就要进入固件烧录过程了。

固件下载用的是自己组装的PC，近看的话还能看到华硕的logo。机器运行的是Linux发行版，有OCZ自己的固件下载工具。

这里烧录固件的是OCZ的Arc 100系列的240GB型号。

固件写完之后还要测试，SATA接口的硬盘会接入主机做测试，对于PCI-E接口的SSD，OCZ自己开发了MST（Manufacturing Self Test）工具，它本质上也是个自定义固件，然后读写LBA以检测坏块。

最后一步就是贴标签、打包装箱了。

包括主板在内，台北很多PCB工厂都是女工居多啊

NAND Flash是如何生产出来的？

Hardy(晗狄) 架构师技术联盟

NAND Flash是一种非易失性随机访问存储介质，基于浮栅(Floating Gate)晶体管设计，通过浮栅来锁存电荷，电荷被储存在浮栅中，它们在无电源供应的情况下仍然可以保持。关于NAND Flash技术基本原理之前有过讲解，大家可以参考文章闪存技术最全面解析。今天主要讨论下NAND Flash生产过程、架构 和关键指标 。

NAND Flash是从原始的硅材料加工出来的，硅材料被加工成晶圆(Wafer) ，一片晶圆上可以做出几百颗NAND FLASH芯片。芯片未封装前的晶粒成为Die，它是从Wafer上用激光切割而成的小片，每个Die就是一个独立的功能芯片，它由无数个晶体管电路组成，但最终可被作为一个单位封装起来成为闪存颗粒芯片。下面是NAND Flash芯片的详细加工过程。

NAND Flash的容量结构从大到小可以分为Device、Target、LUN、Plane、Block、Page、Cell 。一个Device有若干个Die(或者叫LUN)，每个Die有若干个Plane，每个Plane有若干个Block，每个Block有若干个Page，每个Page对应着一个Wordline。

Die/LUN是接收和执行FLASH命令的基本单元。不同的LUN可以同时接收和执行不同的命令。但在一个LUN当中，一次只能执行一个命令，不能对其中的某个Page写的同时又对其他Page进行读访问。下面详解介绍下这些结构单元和之间的联系。

Device就是指单片NAND Flash，对外提供Package封装的芯片，通常包含1个或多个Target；

Target拥有独立片选的单元，可以单独寻址，通常包含1或多个LUN；LUN也就是Die，能够独立封装的最新物理单元，通常包含多个plane。

Plane拥有独立的Page寄存器，通常LUN包含1K或2K个奇数Block或偶数Block；

Block是能够执行擦除操作的最小单元，通常由多个Page组成；Page是能够执行编程和读操作的最小单元，通常大小为4KB/8KB/16KB/32KB等。

Cell是Page中的最小操作擦写读单元，对应一个浮栅晶体管，可以存储1bit或多bit数据，主要可颗粒类型。

下图是一个FLASH Block的组织架构，每个Cell的漏极对应BL(Bitline) ，栅极对应WL(Wordline) ，源极都连在一起。每个Page对应着一个Wordline，通过Wordline加不同电压和不同时间长度进行各种操作。

一个WordLine对应着一个或若干个Page，对SLC来说一个WordLine对应一个Page；而对MLC来说则对应2个Page(Lower Page 和Upper Page)；Page的大小与WordLine上存储单元(Cell)数量对应。

Data Retention(数据保存力) 是用于衡量写入NAND Flash的数据能够不失真保时间的可靠性指标，一般定义为在一定的温度条件下，数据在使用ECC纠错之后不失真保存在NAND Flash中的时间；影响Data Retention 最大的两个因素是擦写次数和存储温度。通常情况下企业级SSD盘的Data Retention都是遵循JEDEC的JESD218标准，即40℃室温下，100%的PE Cycle之后，在下电的情况Data Retention时间要求达到3个月。

NAND Flash写入前必须擦除， Block擦除1次后再写入1次称为1次PE Cycle ，Endurance (耐久性) 用于衡量NAND Flash的擦写寿命的可靠性指标；Endurance指的是在一定的测试条件下NAND Flash能够反复擦写数据的能力，即对应NAND Flash的PE (Program/Erase ) Cycle。

Bit Error Rate(BER) 指由于NAND Flash颗粒概率发生Bit位翻转导致的错误，其中，RBER (Raw Bit Error Rate) 指没有经过ECC纠错时出现一个Bit位发生错误的几率，RBER也是衡量NAND品质的一项指标。RBER是NAND自身品质的一个特性，随着PE次数的增加会变差，出错趋势呈指数分布，其主要原因是擦写造成了浮栅氧化层的磨损。

UBER(Uncorrectable Bit Error Rate) 指发生不可纠正ECC错误的几率，即一个纠错单元Codeword内发生bit位翻转的位数超出ECC算法可纠能力范围的几率。

DWPD(Diskful Writes Per Day) 指每日写入量。SSD的成本($/GB)随DWPD增加会变高，未来SSD的趋势预测读密集型当前已占50%，未来的占比会逐渐变大。