NAND闪存概念大科普！

内存全线连跌 硬盘价格高位运行

在半导体业，有非常多与接口标准、性能规格、功能特性和设计的真实可能性有关联的假设、术语和误解。因此，弄清事实很重要。本文将阐明关于NAND闪存的错误观念。

01

在使用期的性能恒定

固态硬盘（SSD）写入数据愈多，特别是随机数据，而控制器背后需处理的工作就越多。智慧量和您实际的读取或写入处理可以为应用于交叉存取后台管理工作的控制器开创新局。对于在内部存储器或硬件加速器方面资源较少的廉价控制器，可能会表现差劲，不是导致系统的使用寿命缩短就是性能大幅下降。

02

随着PCIe销售额的增加，

SATA逐渐消失不见

虽然PCIe在许多消费市场中占据主导地位，如游戏和笔记本计算机，但工业数据存储的增加和苛刻性使得SATA接口在工业市场上拥有稳固的立足点。随着固态硬盘(SSD)存储的需求不断增加，SATA SSD仍处于高需求状态，并将满足不需要PCIe性能或功率分配有限的市场。

新的SATA闪存控制器可与最新的3D闪存一起使用，为不完全由性能驱动的应用程序提供价格竞争的解决方案。

03

平均抹写储存区块技术的功能同样也在执行

平均抹写储存区块技术是一个很庞大的题目，也可以是非常基本的消费应用。或者当终端应用程序需要持久寿命和可靠性时，它可以非常复杂。重要的是与闪存控制器供货商深入挖掘平均抹写储存区块技术的功能，以了解系统的坚实性。简而言之，如果您的资料非常紧要，或者具有重要价值，最好深入研究为满足最严苛的要求所设计的控制器。

04

管理型NAND仅可用作eMMC或UFS

管理型NAND是指系统包括NAND闪存管理功能和NAND闪存本身在同一芯片里。有不同的选择和质量水平。有些管理型NAND几乎像原始NAND，但具有ECC除错机制功能。然而，闪存管理将必须由外部处理器执行。广为流传的、更高阶的执行是eMMC或UFS。

不过只限于某些主机系统。高阶自定义的管理型NAND解决方案可以轻松构建，并且可以使用熟悉的任何主机接口。板上电子盘解决方案确实具有可能性，并提供明显更低的TCO。

05

LDPC是最强大的ECC除错机制

LDPC（低密度同位）已经成为许多与最高质量ECC除错机制联想在一起的专门用语。然而有许多类型的LDPC执行，而解决方案并不全然相同。一些针对校正质量进行了优化，有些针对速度，有些是功耗，有些则是成本。

简而言之，不要误认为LDPC是最好的和唯一的解决方案—主要是取决于产品中LDPC的实际执行。

06

如果要设计自定义解决方案，

则需要将源代码集成到固件里

存储解决方案不见得只是基本的存储系统。透过现代应用程序开发接口（API），可以有更多可能。此外，终端客户不需向闪存控制器供货商透露任何信息便可完全掌控其智慧财产固件，并控制其USP。闪存控制器具有API开发工具套件是可行的。

智能制造加速产业升级 西部数据NAND存储产品赋能工业数字化

当下，随着新一轮科技革命和产业变革深入发展，数字化转型已成为大势所趋，数字技术与实体经济的深度融合，正在推进金融、制造、教育等行业不断进行智能升级，以制造业为例，根据中国工控网的数据，2021年中国工业自动化市场规模就达到了2530亿，同比增长22%。人工智能、数字孪生和工业物联网等创新的生产模式和平台得到了更广泛的应用，智能制造正在成为推动传统制造业高质量发展的中坚力量。这也意味着从云端到数据中心、到边缘甚至终端应用的数据对于存储和计算的需求都在与日俱增。

另一方面，数字化的飞速发展也对工业领域的数据架构提出了更多的挑战，无论是数据安全性、兼容性还是未来的可扩展性都应被企业纳入重点考量。企业如何紧密沟通协作，打造一个更加协同化的工控产业链以及更融合化的工控生态成了一个迫在眉睫的问题。

工业4.0正当时 NAND存储助力数字化转型

在这个数据无价的时代，NAND对存储行业的贡献可谓是十分之大。根据不同的应用场景和需求，NAND存储也可以划分为若干不同的产品等级，包括对性能要求比较高、有时会根据OEM需求实现定制化方案的商规级产品， 安全性要求较高，工作温度范围较广的车规级产品， 数据写入量大，对数据耐久性要求较高的家用互联级产品 ，以及在机械生产、医疗卫生、电力、食品、交通、运输等行业中广泛应用，使用条件严苛的工业级产品 ，而工业级的NAND存储产品，正是智能制造时代的“数据管家”。

全球数据基础架构解决方案的提供商西部数据在今日参加了由中国工控网在苏州主办的CAIMRS 2023年会。西部数据公司Flash产品部门专家在第七届“数字中国”产业升级巡回研讨会上发表了演讲，介绍了工业级NAND存储产品的应用，并与行业伙伴共同探讨了工业数字化转型中的机遇、挑战与策略。

西部数据公司中国区智能终端产品事业部高级销售总监 文芳

西部数据公司中国区智能终端产品事业部高级销售总监文芳表示：“数字化的高速普及正在颠覆性地影响着各个行业，催生出工业自动化、智能化和IoT等诸多新型应用场景。我们观察到，激增的数据量和日益复杂的交互场景也对数据存储提出了更高且更多样化的要求。西部数据作为具备深厚技术积累的数据基础架构提供商，能够提供跨越工业级、商规级、车规级和家用互联级的多样化解决方案。西部数据针对这些领域所提供的存储产品均经过专门优化和行业验证，满足客户对于存储的高可靠性、高稳定性、高安全性、高耐久度及高性价比等诸多需求。未来，西部数据将继续立足创新，以开放的态度与各行业携手推动数字化的蓬勃发展，共同‘数造辉煌’！”

与消费级存储产品不同，工业级应用的存储产品一方面需要有较长产品生命周期的保证，另一方面也需要支持工业级产品的多种接口模式，此外还要能够适应工业生产的严苛温度、湿度以及其他物理环境的要求。

具体来看，工作温度方面 ，工业级存储产品一般要能够工作在-40度到85度温度区间或者-25度到85度工作区间；安全性方面 ，随着近年来工业互联和智能化工业设备的普及，对存储设备的安全需求也相应提高，以保证整个工业生产的稳定性；在稳定性方面 ，存储器件需要符合对震动、抖动、环境湿度所相应的业界标准，以确保其能够在工业生产环境中稳定工作；在可靠性和耐久度方面 ，由于工业级存储设备投入使用后，更新换代速度较慢，加之替换成本高，因此可靠性和耐久度也必须要高；在生命周期方面 ，出于产品稳定性和长期使用维护方面的考量，客户在实际投入使用前也会提出锁定BOM，延长生命周期，延长质保时效等需求；最后，部分工业级客户由于设备调试和实际生产应用场景的限制，也有着现场技术支持 的需求。

针对这些多样的需求，西部数据提供了可插拔存储产品和嵌入式存储产品，以为工业系统设计人员提供适用于工业级市场领域的解决方案，其中前者包括PCIeSSD、SATA协议SSD、SD卡和MicroSD卡几种产品形态，后者则主要包括eMMC产品和UFS产品两大类。

适合的才是最好的 工业级存储选型如何“量体裁衣”

对企业而言，有个十分实际的问题，那就是在实际的工业应用中，在众多的存储产品中选择合适的产品是比较困难的，拿嵌入式存储举例，据西部数据Flash产品部门专家介绍，工业级存储在选型之时主要需要考量以下几个重要因素。

第一是存储产品的使用寿命 。

对于一个工业级嵌入式存储产品来说，P/E Cycle, TBW和写放大系数是几个相当重要的考量概念。因此，用存储器的总的可用容量乘以存储器的最大的擦写次数P/E Cycle，之后再除以写放大系数，基本就可以得到该存储产品对应于当前这个特定的系统的Product TBW。最后，使用Product TBW除以每日写入量，就可以得到该存储产品在当前系统的典型使用压力下，比较可信的使用寿命。

通过这种方法推算出的存储产品使用寿命，如果不符合系统的设计需求，可以通过增大选用的存储设备容量，或者优化系统主控的数据写入逻辑，减少系统的下发的写入数据量来进行改善，直到满足产品的设计使用需求为止。

第二是数据读取刷新机制，即Read Refresh 。

由于NAND Flash依靠电容存储电荷的物理特性，数据读取过程中也会产生一些潜在的问题，例如读干扰 （Read Disturb）、热点数据 （hot spot，主控长时间从某物理地址读取数据，导致数据报错）和冷点数据 （cold spot，主控长时间不读取某物理地址的数据导致读取出错）。为了避免这些数据错误，数据读取刷新机制也应运而生。

通常情况下，存储器的设计会遵循被动式扫描、主动式扫描和随即扫描三种模式，来确保在适当的时机调用数据读取刷新机制，另外在数据读取刷新机制的执行过程中，也可以分为Auto Read Refresh（无需存储器host主控进行干预）以及Host Manual Refresh（需要存储器host主控进行干预）两种。

第三是数据预加载 。

通常来讲，嵌入式存储芯片会通过SMT贴片的形式焊接到系统的主板上。SMT的过程一般都伴随着高温，但是过高的温度会增加数据丢失风险。因此存储芯片中的一些预存储数据，例如系统数据，ROM CODE，配置数据等在整个系统生产的流程中，就需要进行数据预加载的步骤。

业内通常采用两种预存储的方式，分别是先烧后贴（数据预加载）和先贴后烧。但选择的关键在于根据产品的实际生产需求，关注选用的存储芯片是否支持数据预加载的功能，合理规划产线流程。

第四是分析与诊断功能 。

在嵌入式存储产品的行业规范中，定义了device reports的机制。根据device report，可以获取嵌入式存储产品相关的非常关键器件的信息，如数据累计统计，芯片健康状态，主控行为，环境因素信息等，这些信息对故障预警来说意义重大。

第五是温度控制功能 。

在工业生产环境中，过高的温度容易导致数据的丢失和数据完整性的破坏。因此嵌入式的存储产品一般都有相应的高温保护机制，基本原理是通过温度传感器定期检测整个芯片所处的环境温度。如果当检测到的环境温度高于某个阈值的时候，存储芯片会通过控制整个芯片的输出功率以及工作状态，防止温度进一步的增高。当温度再升高到某一个阈值时，芯片会启动自我保护机制，不再支持正常的响应host的读写需求，直到温度恢复到安全区间。

最后则是数据分区机制 。

对于一个完整的工业级系统来说，要存储在芯片中的数据一般来说是多种多样的，数据的应用和需求也是不同的。因此不同的数据应该以合理的方式存储在不同的数据分区当中。例如以安全性为主的启动分区、Boot分区、RPMB分区，以高可靠为主的High retention和High endurance分区，以及存储普通数据的User data分区等等。

深耕存储技术创新 西部数据持续释放数据新力量

上文中提到过，西部数据有着丰富的存储产品线，拿西部数据嵌入式存储产品代表iNAND IX EM132嵌入式闪存盘举例，这是西部数据首款专为工业及物联网设备设计的3D NAND e.MMC，其中搭载了西部数据的高可靠性64层3D NAND闪存。该产品有两种版本的宽温范围，分别是-25°C至+85°C以及-40°C至85°C。该产品相较于2D NAND e.MMC拥有更长的使用寿命，为基于高级操作系统、传感器融合和机器学习技术的工业和消费应用提供更高的容量选择。该产品还有专为密集型工业工作负载而设计的功能特性，包括高级运行状况管理、热管理、智能分区、自动和手动读刷新、电源管理。

<西部数据iNAND IX EM132嵌入式闪存盘>

另一款产品是西部数据iNAND IX EU312 UFS EFD。基于3D NAND闪存，西部数据iNAND IX EU312 UFS EFD可将UFS的高性能及工业级的高耐久性和大容量用于终端摄像头和智慧视频应用，支持高频读写使用，包括AI视频摄像机和边缘设备。设备支持最高可达768TBW（256GB版本），耐久性强大，可满足密集的读写要求。产品具备先进的NAND闪存管理固件，包括强大的错误校正码（ECC）、读取刷新、损耗均衡管理、以及不良区块管理。

<西部数据iNAND IX EU312 UFS EFD>

可以看到的是，西部数据iNAND IX EU312 UFS EFD身上具备了相当多西部数据工业级嵌入式存储产品的特性，这也和西部数据在设计工业级嵌入式存储产品时遵循的原则以及长久的技术创新密不可分。

首先是高级诊断功能 ，西部数据产品提供高级数据分析接口，在业界规范的devicereports协议基础上，提供了更加完善的数据类型，可以为用户提供更多更完善的数据诊断参考。

其次是独有的Smart SLC技术 ，在平衡随机读写性能和提升产品的稳定性方面具有独特的优势。

然后在数据预加载 方面，西部数据工业级嵌入式存储产品可提供100%容量的数据预加载方案，有效支撑工业级用户对存储芯片先烧后贴的实际需求，并给到用户最大的预烧录容量。

随后在智能分区 方面，西部数据工业级嵌入式存储产品支持Smart Partitioning功能，允许用户根据自己的实际需求，划分不同类型，不同容量的系统分区，灵活配合用户的各种分区需求。

不但如此，在可靠性保障 方面，西部数据工业级嵌入式存储产品在比特纠错能力，应对恶劣供电环境的情况时都有出色的表现。同时西部数据的嵌入式存储产品经过市场检验的海量应用反馈，产品整体的dppm故障率常年维持在较低的水平。

最后，由于西部数据工业级嵌入式存储产品使用了西部数据原厂的BICS NAND Memory先进技术 。在合理地提升数据存储密度和容量的前提下，高效地控制成本，可为用户提供质优价美的嵌入式存储产品解决方案。

西部数据存储技术助力制造业数字化转型

不难看出，西部数据的工业级嵌入式存储产品所具备的高耐用度、低功耗且高可靠性的工业级存储解决方案，可以有效进行数据整合，从而建立新的商业模式，并实现快速创新，并满足制造业的核心需求，这些都与西部数据常年来在存储领域的耕耘密不可分。

作为一家同时拥有HDD和闪存两种主流存储技术的公司，西部数据充分整合了在HDD与闪存领域的积累，依托于创新的OptiNAND、能量辅助磁记录(ePMR)、三阶寻轨定位系统(TSA)、氦气封装（HelioSeal）、UltraSMR，以及162层3D NAND等技术优势，不断推出更高面密度、更优性能及更高可靠性的产品，可满足用户对于存储容量、性能、成本和可靠性的多样化需求。

在实践可持续发展作核心价值观方面，西部数据也设立了符合科学减碳倡议组织标准的碳减排目标，布局智能化工厂，通过采用数据驱动的工厂管理系统、机器学习等先进技术，追求高质量、更加平衡、绿色和创新驱动的经济增长。2022年11月，西部数据宣布其位于上海的晟碟半导体（上海）有限公司成功入选世界经济论坛全球灯塔工厂网络，并凭借在可持续发展领域的突破性成果，被授予中国首家“可持续发展灯塔工厂”荣誉称号。西部数据上海工厂是西部数据公司全球第三家入选全球灯塔工厂网络的先进智能化制造工厂，也是上海端对端灯塔代表企业。

中国市场是西部数据长期以来非常重视的战略市场之一，西部数据近年来持续布局本土化投资和创新，进一步帮助中国的企业级用户应对数字化进程带来在产品创新方面的挑战。目前，西部数据在上海、深圳已拥有自己的全资工厂，能够支持NAND闪存和HDD产品的研发、生产、测试、封装等。同时，西部数据在上海浦东还打造了西部数据解决方案赋能中心，能够支持企业级、OEM客户进行产品与解决方案的测试，加快上市。

传统工业正在加速向智能制造升级，在数字赋能和数据驱动的大背景之下，人工智能、增强现实、数字孪生和工业物联网平台等新技术正在帮助传统制造业获得更深的业务洞察，西部数据所提供的优秀工业级存储解决方案，正在为越来越多的工业类应用设备提供强大的数据获取能力，加速全自动智慧工厂的创建以及智慧城市的实现。

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