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NAND怎么计算容量 SSD学习笔记-NOR, NAND, FTL, GC基本概念

发布时间 : 2025-04-07

作者 : 小编

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SSD学习笔记-NOR, NAND, FTL, GC基本概念

NOR v.s. NAND

两者都是非易失存储介质。即掉电都不会丢失内容, 在写入前都需要擦除。

NOR有点像内存，支持随机访问，这使它也具有支持XIP（eXecute In Place）的特性，可以像普通ROM一样执行程序。现在几乎所有的BIOS和一些机顶盒上都是使用NOR Flash，它的大小一般在1MB到32MB之间，价格昂贵。

NAND Flash广泛应用在各种存储卡，U盘，SSD，eMMC等等大容量设备中。

NOR VS NAND - 场景

如果以镁光（Micron）自己的NAND和NOR对比的话，详细速度数据如下：

NOR VS NAND - 性能

NAND Flash

NAND Flash目前的用途更为广泛，它的颗粒根据每个存储单元内存储比特个数的不同，可以分为 SLC（Single-Level Cell）、MLC（Multi-Level Cell）和 TLC（Triple-Level Cell）三类。其中，在一个存储单元中，SLC 可以存储 1 个比特，MLC 可以存储 2 个比特，TLC 则可以存储 3 个比特。NAND Flash 的单个存储单元存储的比特位越多，读写性能会越差，寿命也越短，但是成本会更低。现在高端SSD会选取MLC甚至SLC，低端SSD则选取TLC。SD卡一般选取TLC。

SLC，MLC，TLC

NAND Flash的组成

一个典型的Flash芯片由Package, Die, Plane, Block和Page组成，其中die内部可以通过3D 堆叠技术扩展容量，譬如三星的V-NAND每层容量都有128Gb（16GB），通过3D堆叠技术可以实现最多24层堆叠，这意味着24层堆叠的总容量将达到384GB！

NAND Flash组成

写放大

Block是擦除操作的最小单位，Page是写入动作的最小单位，一个Block包含若干个Pages。当我们有了块干净的Flash，我们第一个想干的事就是写些东西上去，无论我们是写一个byte还是很多东西，必须以page为单位，即写一个byte上去也要写一个page。要修改一个字节，必须要擦除，擦除的最小单元是Block。

Flash Translation Layer (FTL)

NAND flash的寿命是由其擦写次数决定的(P/E数 (Program/Erase Count)来衡量的)，频繁的擦除慢慢的会产生坏块。那么我们如何才能平衡整块Flash的整体擦写次数呢？这就要我们的FTL登场了。

Flash Translation Layer原理

FTL简单来说就是系统维护了一个逻辑Block地址（LBA，logical block addresses ）和物理Block地址（PBA, physical block addresses）的对应关系。有了这层映射关系，我们需要修改时就不需要改动原来的物理块，只需要标记原块为废块，同时找一个没用的新物理块对应到原来的逻辑块上就好了。

垃圾回收（GC，Garbage Collection）机制定期回收这些废块, 和Java，GO等语言的GC机制类似，应用不需要像C/C++那样关注内存释放，GC定期扫描，回收释放内存。目标是让Flash最小化擦除次数，最大化使用寿命。

长江存储“跳级”推出128层闪存，单颗容量133Tb

（文/观察者网吕栋）4月13日，长江存储宣布，该公司跳过96层，成功研发128层QLC3D NAND闪存（型号：X2-6070），并已在多家控制器厂商SSD等终端存储产品上通过验证。

长江存储一期生产线月产能10万片，今年以来产能一直在爬坡。对于量产时间，长江存储向观察者网透露，配合前述产能，128层NAND闪存将于今年年底到明年上半年陆续量产。

去年9月，长江存储已开始量产基于Xtacking®架构的中国首款64层3D NAND闪存。对此，该公司指出，作为业内首款128层QLC规格的3D NAND闪存，X2-6070拥有业内已知型号产品中最高单位面积存储密度，最高I/O传输速度和最高单颗NAND闪存芯片容量。

据介绍，QLC是继TLC（3 bit/cell）后3D NAND新的技术形态，具有大容量、高密度等特点，适合于读取密集型应用。每颗X2-6070 QLC闪存芯片拥有128层三维堆栈，共有超过3665亿个有效的电荷俘获型（Charge-Trap）存储单元，每个存储单元可存储4字位（bit）的数据，共提供1.33Tb的存储容量。

长江存储X2-6070 128L QLC 1.33Tb 3D NAND

长江存储市场与销售高级副总裁龚翊（Grace）表示：“作为闪存行业的新人，长江存储用短短3年时间实现了从32层到64层再到128层的跨越。这既是数千长存人汗水的凝聚，也是全球产业链上下游通力协作的成果。随着Xtacking®2.0时代的到来，长江存储有决心，有实力，有能力开创一个崭新的商业生态，让我们的合作伙伴可以充分发挥他们自身优势，达到互利共赢。”

此次同时发布的还有128层512Gb TLC（3 bit/cell）规格闪存芯片（型号：X2-9060）。

实现1.6Gbps传输速率

据长江存储介绍，得益于Xtacking® 架构对3D NAND控制电路和存储单元的优化，其64层TLC产品在存储密度、I/O性能及可靠性上都有不俗表现，上市之后广受好评。

在长江存储128层系列产品中，Xtacking®已全面升级至2.0，进一步释放3D NAND闪存潜能。在I/O读写性能方面，X2-6070及X2-9060均可在1.2V Vccq电压下实现1.6Gbps（Gigabits/s 千兆位/秒）的数据传输速率，为当前业界最高。

长江存储表示，由于外围电路和存储单元分别采用独立的制造工艺，CMOS电路可选用更先进的制程，同时在芯片面积没有增加的前提下Xtacking®2.0还为3D NAND带来更佳的扩展性。未来，长江存储将与合作伙伴携手，构建定制化NAND商业生态，共同推动产业繁荣发展。

该公司指出，其通过对技术创新的持续投入，已成功研发128层两款产品，并确立了在存储行业的技术创新领导力。凭借1.6Gb/s高速读写性能和1.33Tb高容量，长江存储通过X2-6070再次向业界证明了Xtacking®架构的前瞻性和成熟度，为今后3D NAND行业发展探索出一条切实可行的路径。

龚翊表示：“我们相信，长江存储128层系列产品将会为合作伙伴带来更大的价值，具有广阔的市场应用前景。其中，128层QLC版本将率先应用于消费级SSD，并逐步进入企业级服务器、数据中心等领域，以满足未来5G、AI时代多元化数据存储需求。”

容量超64层芯片5倍

长江存储介绍，QLC是继TLC（3 bit/cell）后3D NAND新的技术形态，具有大容量、高密度等特点，适合于读取密集型应用。每颗X2-6070 QLC闪存芯片拥有128层三维堆栈，共有超过3665亿个有效的电荷俘获型（Charge-Trap）存储单元，每个存储单元可存储4字位（bit）的数据，共提供1.33Tb的存储容量。

如果将记录数据的0或1比喻成数字世界的小“人”，一颗长江存储128层QLC芯片相当于提供3665亿个房间，每个房间住4“人”，共可容纳约14660亿“人”居住，是上一代64层单颗芯片容量的5.33倍。

闪存和SSD领域知名市场研究公司Forward Insights创始人兼首席分析师Gregory Wong认为：“QLC降低了NAND闪存单位字节（Byte）的成本，更适合作为大容量存储介质。随着主流消费类SSD容量迈入512GB及以上，QLC SSD未来市场增量将非常可观。”Gregory同时表示：“与传统HDD相比，QLC SSD更具性能优势。在企业级领域， QLC SSD将为服务器和数据中心带来更低的读延迟，使其更适用于AI计算，机器学习，实时分析和大数据中的读取密集型应用。在消费类领域，QLC将率先在大容量U盘，闪存卡和SSD中普及。”

（编辑：尹哲）

本文系观察者网独家稿件，未经授权，不得转载。

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长江存储“跳级”推出128层闪存，单颗容量133Tb

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