固态硬盘由什么构成？这三个部分才是最重要的

来源：中关村在线

打开一款固态硬盘的外包装，就会发现一块电路板。这就是固态硬盘的本体（SATA接口有外壳）。这块电路板上有众多电子元件，但主要构造就三块，分别是主控芯片、闪存颗粒和缓存颗粒。接下来，让我们看下这些硬件都有什么样的作用。

01 主控芯片

主控芯片顾名思义，起到主要控制的作用。它负责闪存芯片与外部数据接口的连接，以及调节各闪存芯片间的数据读写，确保其损耗平衡。

主控的性能越强劲，数据处理、闪存芯片的数据读写控制就会有越好的表现。可以更好发挥出闪存颗粒的性能，固态硬盘在数据读写时，就不易出现发热、掉速的情况。

02 缓存颗粒

在某种意义，主控类似于电脑CPU，而缓存颗粒则充当了内存的角色。它主要作用是快速承接外部数据。数据先存储到缓存颗粒中，再写入闪存颗粒。

在电路板焊接位置的选择上，缓存颗粒也与电脑相同，一般放置在主控旁边。因为固态间的设计思路不同，缓存颗粒除了单独放置外，还有可能集成在主控芯片上面。所以没在固态硬盘上找到缓存颗粒的同学不必惊慌。

缓存颗粒属于易失性存储器，突然断电的话，数据会被清空。现在主流固态硬盘大都采用了LPDDR4类型的缓存颗粒，它拥有读写速度快，功耗低的特点。

03 闪存颗粒

最后到了闪存颗粒出厂的时候，闪存颗粒是固态硬盘中真正的数据存放地。它是一种非易失性存储器，在断电的情况下依旧可以保存已经写入的数据。

固态硬盘中所使用的是NAND闪存颗粒，由于电子单元密度的差异，NAND闪存又可以分为SLC（单层次存储单元）、MLC（双层存储单元）、TLC(三层存储单元)还有QLC（四层存储单元）。

这几种存储单元在生产成本和使用寿命上有明显区别，层数越高的存储单元，它的单位存储成本越低，寿命和读写性能也越低。

受制于篇幅原因，这里就先不聊原因了。下面的极速鲨课堂将分期、深入的讲解这三大元件的原理构成，以及如何选购固态硬盘等问题。

写在最后：

这三大元件质量对固态硬盘的性能表现关联很大。三者之间相辅相成，其中一个性能较弱，会导致固态硬盘整体的使用体验降低。

232层3D闪存芯片来了：单片容量2TB，传输速度提高50%

Pine 发自 凹非寺

量子位 | 公众号 QbitAI

232 层的3D闪存芯片来了，数据传输速率提高50%，容量可达2TB。

美光继上次抢先推出176层3D NAND后，近日又率先推出全球首款232层NAND。

△图源美光科技

说起来，跟NAND层数较劲这事儿，并不是美光一家在做。

比如美光的老对手三星，相关研究中心也聚焦在层数上：此前，三星曾抢先业界公布了第八代V-NAND的细节，堆栈层数超过200层。

所以这样“堆高高”，究竟能给芯片性能带来多大的提升？

堆栈层数就像盖楼房

层数越高，NAND闪存可具有的容量就越大。

可以做这样一个简单的比喻：

在一个人满为患的城市，这里的房地产价格昂贵，向外扩展成本很大，唯一的办法是通过增加楼层以支持不断增长的人口，这里的楼层就相当于NAND层。

同样的，停车场和一些基础设施主要位于建筑物下方，以提高空间效率，这相当于最底下的CMOS层。

将NAND的位单元阵列堆叠到更多层中，可在每平方毫米硅片上提供更多存储位，从而实现更高的密度和更低的成本。

3D NAND把解决思路从单纯提高制程工艺转变为堆叠多层，成功解决了平面NAND在增加容量的同时性能降低的问题，实现容量、速度、能效及可靠性等全方位提升。

△图源美光科技

和三星等其他竞争芯片相比，美光新的技术将每单位面积存储的比特密度提高了一倍，每平方毫米封装14.6Gb。

它的1TB芯片被捆绑在2TB的封装中，每个封装的边长都不超过一厘米，可以存储大约两周时长的4K视频。

此外，美光还对芯片的最底层进行了改进，最底下的CMOS层由逻辑和其他电路组成，这些电路负责控制读写操作以及尽可能快速有效地在芯片内外获取数据。

美光优化了其数据传输路径，降低芯片输入和输出的电容，将数据传输速率提高了50%，达到2.4Gb/s。

层数的较量

自从NAND 闪存进入3D时代，堆栈层数犹如摩天大楼一样越来越高，从最初的24/32层一路堆到了现在的176层甚至232层。

层数的较量是整个行业的竞争，三星、美光、SK海力士等企业都致力于层数的突破。

三星是NAND闪存的龙头企业，3D NAND就源于三星。

2013年，三星设计了一种垂直堆叠单元的方法，它将单元集中在单个楼层（类似高层公寓）上，这也是全球首个3D单元结构“V-NAND”，当年可以实现24层堆叠。

此后，三星不断更新技术和扩增产业线，10年间推出了7代产品，以维护自己在NAND闪存市场的地位。

2020年，三星推出了176层的第七代“V-NAND”，它采用了“双堆栈”技术，不是一次性蚀刻所有层，而是将它们分成两部分，然后一层一层堆叠。

因此，第七代V-NAND相较于与第六代的100层，其单元体积减少了35％，它可以在不增加高度的情况下将层数增加到176，同时还可以降低功耗，使效率提高16％。

不过，虽然三星曾抢先公布了第八代V-NAND的细节，称其堆栈层数会超过200层，但这回率先量产200+层闪存的却是美光。

值得一提的是，在此次美光发布的232层3D闪存芯片中，NAND的堆栈技术并不是首创，而是与三星第七代一样采用“双堆栈”技术。

也就是说，将232层分成两部分，每个部分116层，这些层的堆叠是从一个深而窄的孔开始，通过导体和绝缘体的交替层蚀刻。

然后用材料填充孔并加工形成器件的比特存储部分。蚀刻和填充穿过所有这些层的孔的能力是该技术的关键限制。

△图注：图源美光科技

目前，国产芯片企业长江存储的第三代QLC 3D NAND闪存实现了128层堆叠。

对于层数的较量，网友也抱有很乐观的态度：

增加层数几乎不会带来新的问题。

参考链接：[1] https://spectrum.ieee.org/micron-is-first-to-deliver-3d-flash-chips-with-more-than-200-layers[2] https://news.ycombinator.com/item?id=32243862[3] https://ee.ofweek.com/2021-12/ART-8320315-8110-30538953.html

— 完 —

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