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。

QLC颗粒怎么样？固态硬盘QLC、SLC、MLC、TLC颗粒区别对比知识

如今，固态硬盘的发展迅速，技术也逐步成熟，对于选购固态硬盘不再只是容量选择的那么简单，更多人群更在意的是性能与颗粒类型，而对于SSD颗粒类型，相信不少用户对QLC、SLC、MLC、TLC颗粒类型一无所知，而尤其是最新推出的搭载QLC颗粒的固态硬盘来说，不少用户称QLC颗粒不好。那么QLC颗粒怎么样？下面装机之家晓龙分享一下固态硬盘QLC、SLC、MLC、TLC颗粒区别对比知识。

固态硬盘QLC、SLC、MLC、TLC颗粒区别对比知识

根据NAND闪存中电子单元密度的差异，又可以分为SLC（单层次存储单元）、MLC（双层存储单元）、TLC(三层存储单元)以及最新推出的QLC（四层存储单元）。固态硬盘依靠闪存芯片来存储数据，里面存放数据最小单位叫作“Cell”，SLC每个cell可以存放1bit数据，MLC每个cell可以存放2bit数据，TLC每个cell可以存放3bit数据，而QLC可以存放4bit数据。

为了小白更好的理解其中的意义，我来举个例子，我们将芯片可以看做一张画满格子的纸张，cell相当于纸张上的一个个的格子，数据看做是一个黄豆。也就是说，SLC方案每个格子中只能放入一颗黄豆，所以存储空间较小，MLC方案每个格子可以放入两颗黄豆，TCL方案每个格子可以放入三颗黄豆，而QLC方案每个格子可以存放四个黄豆，成本不变的情况下，存储空间较大。要知道这个纸张（芯片晶圆）价格也十分昂贵的，也就是说同样的晶圆如果做成SLC只有128G，做成MLC就有256G了，做成TLC的话变成512G，而做成QLC我们可以做成更大容量，而成本是相同的。

QLC颗粒

QLC、SLC、MLC、TLC颗粒区别对比

SLC（单层存储单元）

全称是Single-Level Cell，单层电子结构，每个cell可以存放1bit数据，SLC达到1bit/cell，写入数据的时候电压变化区间小，P/E寿命较长，理论擦写次数在10万次以上，但是由于成本最高，所以SLC颗粒多数用于企业级高端产品中。

MLC（双层存储单元）

全称是Multi-Level Cell，使用高低电压的而不同构建的双层电子结构，MLC达到2bit/cell，P/E寿命较长，理论擦写次数在3000-5000次左右，成本相对较高，但是对于消费级来说也可以接受，多用于家用级高端产品中。

TLC（三层存储单元）

全称是Trinary-Level Cell，三层式存储单元，是MLC闪存延伸，TLC达到3bit/cell，由于存储密度较高，所以容量理论上是MLC的1.5倍，成本较低，但是P/E寿命相对要低一些，理论擦写次数在1000-3000次不等，是目前市面上主流的闪存颗粒。

QLC（四层存储单元）

全称是Quad-Level Cell，四层式存储单元，QLC闪存颗粒拥有比TLC更高的存储密度，同时成本上相比TLC更低，优势就是可以将容量做的更大，成本上更低，劣势就是P/E寿命更短，理论擦写次数仅150次。

QLC、SLC、MLC、TLC颗粒对比

QLC颗粒为什么不好？

每一个Cell单元存储数据越多，单位面积容量就越高，但是同时会导致不同电压状态越多，并且越难控制，所以采用QLC颗粒的固态，虽然容量更大价格更便宜，但是稳定性较差，并且P/E寿命较低，速度最慢。

总结：

QLC NAND最大的优势就是在于成本更低，相同的成本下能够做出更大容量的SSD，容量将不再受到限制，1TB容量对于QLC颗粒来说，都是小意思，几十到上百TB才是主流，大容量固态硬盘时代开始了。但是对于P/E寿命和速度来说，这是QLC颗粒最大劣势之处，P/E寿命的公式是擦写次数*容量/每天擦写量/365，但是QLC颗粒的固态硬盘容量都很大，假设1个1TB的QLC颗粒的固态硬盘，每天擦写100G，也就是它的寿命=1024*100/100/365，约2.8年，还有这个最大写入次数也是理论上的，超出不一定就100%坏了，关键电脑不可能每天打开，也有休息的时候，加之每天不可能都擦写100G，所以它的寿命也是不用太担心的，等待固态硬盘坏了，整台电脑也淘汰了。

QLC颗粒相信不少用户会说是技术倒退，但是对于厂商来说，目前用户对存储容量需求随之提高，目前TLC和MLC颗粒大容量的固态硬盘价格偏贵，更低成本更大容量才是未来趋势，相信QLC颗粒会使得固态硬盘进入大容量廉价时代。

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