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nand闪存封装难度一文让你看懂三星第五代V-NAND技术

发布时间 : 2025-03-09

作者 : 小编

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一文让你看懂三星第五代V-NAND技术

转自天极网

今年1月底，三星电子又发大招，推出采用第五代V-NAND技术的SSD产品——三星970 EVO Plus SSD。事实上，随着新一代3D NAND技术的不断成熟，速度更快的NVMe协议的SSD固态硬盘已经成为市场主流。

以前，我们见过的闪存多属于Planar NAND平面闪存，3D闪存则是立体堆叠的。打个比方，如果说普通NAND是平房，那么3D NAND则是高楼大厦。简单说，在3D NAND领域，谁堆叠的层数多，谁的产品性能就更先进。

众所周知，平面NAND闪存不仅有SLC、MLC和TLC类型之分，而且为进一步提高容量、降低成本，NAND的制程工艺不断进步。虽然更先进的制程工艺带来了更大的容量，但容量提升、成本降低的同时可靠性及性能都在下降。

与之相比，为提高NAND的容量、降低成本，存储厂商只需要堆叠更多的层数即可。

据悉，2bit MLC每cell单元存储2bit数据只需要一两打电子，3bit MLC(也就是TLC)的每个cell单元储存。随着制程工艺的不断革新，cell单元之间的干扰现象越来越严重。

三星的V-NAND不再追求缩小cell单元，而是通过3D堆叠技术封装更多cell单元，实现容量增多的目的。

传统上，SSD中使用的是浮栅极MOSFET(Floating gate MOSFET)，电子储存在栅极中，它相当于一个导体。这种晶体管的缺点是写入数据时，栅极与沟道之间会形成一次短路，这会消耗栅极中的电荷。

即每次写入数据，都要消耗一次栅极寿命。一旦栅极中的电荷没了，cell单元就相当于挂了，无法存储数据。

三星V-NAND闪存放弃浮栅极MOSFET，使用电荷攫取闪存(charge trap flash，简称CTF)设计。每个cell单元看起来更小了，但里面的电荷是储存在一个绝缘层而非之前的导体上，理论是没有消耗的。这种更小的电荷有很多优点，比如更高的可靠性、更小的体积。

据了解，使用CTF结构的V-NAND闪存被认为是一种非平面设计，绝缘体环绕沟道(channle)，控制栅极又环绕着绝缘体层。这种3D结构设计提升了储存电荷的的物理区域，提高了性能和可靠性。

相比传统的FG(Floating Gate，浮栅极)技术,三星NAND的电荷撷取闪存(charge trap flash，简称CTF)技术难度更小一点，因此这有利于加快产品量产。

目前，三星的3D V-NAND存储单元的层数(Layer)由2009年的2-layer逐渐提升至24-layer、64-layer，再到2018年的96-layer(层)。

参考资料：

1. https://zhuanlan.zhihu.com/p/21967038

2. https://zhuanlan.zhihu.com/p/48579501

3. https://news.mydrivers.com/1/273/273419.htm

闪存门风头刚过 UFS的新标准又来了

为了体验10s开机，很多童鞋都给家里的PC换上了SSD固态硬盘，那速度绝非HDD机械硬盘可比。在手机领域，不同材质的闪存同样有着速度上的差异，而年初华为闪存门事件就加速了eMMC和UFS技术的知识普及。

啥？你还不知道eMMC和UFS的差别？

好吧，那咱们先来简单温习一下，再来看看足以媲美PC领域NVMe SSD速度的新手机闪存技术。

eMMC是个啥？

eMMC（Embedded Multi Media Card）是智能手机领域普及度最高的存储单元，它是在NAND闪存芯片的基础上，额外集成了主控制器，并将二者“打包”封装封成一颗BGA芯片 ，从而大幅降低多芯片的空间占用和布线难度问题，是帮助手机瘦身的不二法门。

想提升这种存储单元的性能，只有不断改进eMMC的总线接口，于是就有了eMMC4.4、eMMC4.5、eMMC5.0和eMMC5.1的不算演进。

eMMC5.1闪存的速度

可惜的是，eMMC的结构性质（只支持半双工运行，即读写必须分开执行），注定它不可能获得太强的性能。 以最新的eMMC5.1为例，其实际持续读取速度也就在280MB/s上下。

UFS是个啥？

UFS（通用闪存存储）可以视为eMMC的进阶版，它也是由NAND闪存和主控打包的一种封装形式，但它的物理结构却是由多个闪存芯片、主控、缓存组成的阵列式存储模块 。

我们可以将UFS和eMMC理解为PC硬盘领域从IDE并口向SATA串口的进化 ，它支持全双工运行（可同时进行读写操作），电源管理也更为高效（更省电）。

UFS目前存在UFS2.0（HS-G2）和UFS2.1（HS-G3）两个标准，前者的顺序读取速度约500MB/s左右，而后者的速度可以超过700MB/s。

UFS2.0闪存的速度

UFS2.1闪存的速度

某些手机厂商的高端机型会采用两种UFS闪存混搭的供货策略，抽到一等奖就是UFS2.1，二等奖则是UFS2.0，而这也是饱受玩家诟病的所在。

UFS3.0吓坏SSD

在UFS2.1中，其实还存在Gen1和Gen2两套标准，前者最大吞吐带宽为800MB/s，后者则可达1333MB/s。目前Android手机领域的UFS2.1应该都还停留在Gen1。

然而，追求更快始终是科技类产品的目标，所以UFS标准自然也不能停步不前。据悉，最新的UFS3.0标准已经在制定途中了，根据主控厂商群联电子披露，UFS3.0会在UFS2.1 Gen2的基础上直接翻番，一举做到2666MB/s的最大吞吐带宽！

这个速度，已经可以媲美PC领域高端的NVMe SSD了，这回手机再也不会因存储性能的瓶颈被老大哥笑话了。

需要注意的是，UFS 3.0控制器的面积、功耗和成本都会高于UFS 2.1 Gen2，但仍会明显低于UFS 2.0，未来会随着工艺技术的改进而不断优化 。而且该技术现在还在制定中，距离普及量产还有一段时间。也许等到UFS3.0普及时，PC领域已经出现更快的SSD标准了.....

无论如何，我们都是希望手机读写速度越快越好，虽然通过系统层面的优化，eMMC5.1和UFS2.1在实际体验上差别不大（真的假的？），但在大像素的高速连拍、大容量的数据拷贝过程中，不同闪存标准之间的差异还是很明显的。

一文让你看懂三星第五代V-NAND技术

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