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nand颗粒工作原理 V-NAND到底是个啥？三星970EVO Plus强悍性能的背后

发布时间 : 2025-03-17

作者 : 小编

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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。

固态硬盘的原厂颗粒有多重要

在消费级市场，固态硬盘基本在形式上完成了对于机械硬盘的取代，成为现代装机的首选存储设备。然而和机械硬盘被希捷、西部数据、东芝三巨头“垄断”的局面不同，固态硬盘的品牌在市场上可谓遍地开花，当然价格也可以用“混乱”来形容，既有七八百元的1TB产品在售，也曾有不到千元的4TB的所谓“报恩价”，甚是撩动人们的心弦。

这种局面是如何造成的？我们知道，固态硬盘是在PCB（印刷电路板）上集成了一些芯片，包括NAND颗粒、主控芯片和周边电路，部分产品还配有独立的DRAM缓存芯片。由于很多主控芯片厂商都有着成熟的解决方案，因此固态硬盘制造几乎没有门槛可言，只需采购这些芯片，再找SMT贴片厂商设计和制造即可。

这也意味着，固态硬盘“同质化”的现象几乎无可避免，价格战往往也随之而来。那么问题来了，同样的主控方案的同容量产品，如何出现较大的价格差异？答案就在于固态硬盘核心元件——NAND存储颗粒，它是一种非易失性存储器，断电后仍能保存数据。由于它占据整个SSD制造成本的70%以上，所以有“买固态硬盘就是买颗粒（NAND芯片）”的说法。

由于NAND本质是一个芯片，制造时需要从一整块晶圆上切割成一个个晶片Die，然后进行容量和稳定性方面的筛选，品质最优的Die通常叫good Die，取下后再经过封装工序，就成为一颗NAND闪存颗粒，通过故障检测后就会在芯片表面印上晶圆厂的Logo和型号等信息，这就是大家所熟悉的原厂片（正片）。

除了正片，相信大家还听过白片和黑片。所谓白片，其实就是经历了筛选但是没有通过原厂的故障检测的NAND颗粒，下游固态硬盘厂商采购后再自行筛选和检测，因此不会有原厂的品牌Logo。或者是把晶圆出售给下游有技术能力的厂商自行检测和封装，再印上封装厂或自有品牌的Logo，虽然品质方面可能没有原厂高，但还是有所保障的，目前市面上的大部分固态硬盘可以说用都是白片。

至于黑片，有一些是没能通过晶圆厂或者第三方封装厂故障检测的NAND颗粒，还有一些是没有通过原厂或者第三方封装厂筛选和故障检测的Die，通过一些特殊渠道流入到一些下游封装厂，然后再经过筛选和测试，并封装成的NAND颗粒。黑片的芯片表面通常没有任何的标记，因此来源无法得知，但或多或少会存在一些问题，例如稳定性不佳、容量不达标或者干脆部分区块损坏的，隐患可谓不小。

由于原厂片经过了原厂的筛选和故障检测，因此品质也是最佳，但价格也最高，通常用于晶圆厂商自有品牌的产品上，例如致态品牌的固态硬盘用的就是长江存储的原厂片，而且还提供了五年的原厂质保。但在购买方面，如果单纯只是用来玩游戏，那么低价固态硬盘或可以考虑，但如果关乎数据的重要性，显然还是原厂片的产品用着更放心。

除此之外，固态硬盘进入了QLC时代，原厂颗粒的重要性再次凸显。我们知道，从SLC到MLC、再从TLC到QLC，其实就是让NAND颗粒实现更高的存储密度，但对于NAND生产的要求也更高。由于NAND芯片是通过对内部的浮栅晶体管进行充电和放电操作来进行数据擦除及写入，TLC有4种电压变化，而QLC有16种电压变化，因此存储数据的速度也会慢一些。

同时，晶体管能充放电的次数是有限的，它决定了NAND芯片的寿命，业界通常使用P/E（即Program/Erase，写入/擦除）值作为SSD寿命的重要衡量指标，而QLC的晶体管充放电次数更多，因此寿命也是逊于TLC的，这些都是QLC广为诟病的原因。

不过大家也不用谈“Q”色变，毕竟存储行业头部品牌早已经推出了成熟的QLC产品，并在数据中心等企业级领域得到了广泛的应用，应用于消费级市场也是大势所趋，而技术的发展也让QLC完全满足人们的需求。但由于QLC在制造方面的要求也更高，所以原厂片的性能和寿命也更有保障，例如致态Ti600读写速度可达到7000MB/s和6000MB/s，达到PCIe4.0的主流性能，2TB容量的写入量也达到了800TBW。

由此可见，NAND颗粒对于固态硬盘的性能和寿命都有着直接的影响，而原厂颗粒在品质方面更有着“先天”的优越性，尤其是在QLC中更为明显。因此大家在选购固态硬盘的时候，不要只关注价格、性能和采用的主控方案，原厂颗粒才是放心使用的保证。

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V-NAND到底是个啥？三星970EVO Plus强悍性能的背后

固态硬盘的原厂颗粒有多重要

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