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nand遇到瓶颈了吗 NAND闪存将成为PCIe Gen 50固态硬盘的瓶颈需要更多层工艺才能满足

发布时间 : 2024-11-24

作者 : 小编

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NAND闪存将成为PCIe Gen 50固态硬盘的瓶颈需要更多层工艺才能满足

基于Phison E26控制器的固态硬盘可以利用PCIe Gen 5.0标准，一些设备在过去几个月中已经公布。虽然该控制器可以达到13GB/的速度，但大多数固态硬盘的最大读取速度为10GB/s。最近Phison公司的PS5026-E26控制器提供了八个NAND通道，帮助不同的传输数据速率，但需要一个具有2400MT/s接口的3D NAND存储器来满足较新的PCIe 5.0 x4接口。

具有所需接口的3D NAND存储器可以推动PCIe 5.0 x4接口，来回传输15.754 GB/s的数据。八个NAND通道是消费类固态硬盘的标准，所以对于普通的低级设备来说，它们并不是那么必要。

在过去几个月里，一些NAND制造商已经宣布了他们的多层3D NAND，包括美光、SK海力士、三星和YMTC。除了三星之外，所有品牌都使用Phison PS5026-E26控制器，而这三个产品最多只能达到12GB/s的连续读取传输率。

然而，通过每个公司的固态硬盘上的3D NAND芯片实现2400MTps是具有挑战性的。大多数只能处理1600MT/s的总量，总体上损失800MT/s。美光的控制器是所有公司中最先进的，它提供对232层3D NAND层存储器的支持，但由于这些NAND闪存芯片的产量有限，控制器将不得不与176层NAND一起使用，而176层NAND的运行速度较低，因此拖后腿造成了性能上的巨大差异。据推测，我们将在2023年的某个时候看到满血版本，但不确定我们是在今年年初还是在2023年下半年看到。

GOODRAM和Corsair宣传他们的固态硬盘可以通过3D NAND内存芯片和1600 MT/s接口实现10 GB/s的数据传输，而Gigabyte和他们的Aorus Gen5 10000固态硬盘则表示使用Micron的2400 MT/s接口可以达到12.4 GB/s的读取传输速度。

Corsair和GOODRAM的固态硬盘以及他们利用3D NAND技术所能达到的效果显得更加理智。另一方面，技嘉需要从美光公司获得相当数量的2400MT/s芯片，以使他们的固态硬盘能够大批量上市。据推测，海盗船和GOODRAM在目前的情况下，更有可能超过技嘉的销量。

到目前为止，我们知道一系列的SSD制造商将提供以下速度：

微星 - 最高可达12GB/s

XPG - 最高可达14GB/s

T-Force - 最高可达12GB/s

GOODRAM - 最高可达10 GB/s

AORUS - 最高可达12.5 GB/s

APACER - 最高可达13GB/s

KIOXIA - 最高可达14GB/s

Corsair - 最高可达10 GB/s

GALAX - 最高可达12 GB/s

包括微星、威刚、TEAMGROUP、GOODRAM、AORUS、APACER、KIOXIA、Corsair等在内的几家存储厂商正在研究他们的下一代PCIe Gen 5固态硬盘解决方案，将于今年晚些时候正式推出，新的固态硬盘将提供完全符合微软DirectStorage API和AMD的智能访问存储（SAS）技术。

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。

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