nand拷贝不开机杂谈闪存二：NOR和NAND Flash

发布时间 : 2024-11-25

作者 : 小编

访问数量 : 23

扫码分享至微信

杂谈闪存二：NOR和NAND Flash

三星终于从爆炸门中走了出来，受到来自DRAM 与NAND 价格上涨带动，三星把Intel从盘踞了14年的半导体王座上赶了下来，风光可谓一时无两。虽然下半年市况预料将会修正，但今年整体DRAM 仍可较去年成长39%，NAND 则成长25%，而这两项恰恰曾经帮助过Intel走向巅峰，真是成也萧何，败也萧何啊。说起NAND Flash，他和他的哥哥NOR Flash可谓是20世纪最重要的发明之一，他的诞生和发展很是曲折，生于日本，长于美国，如今却在韩国大放异彩。今天的历史故事要从他的发明人桀冈富士雄（Fujio Masuoka）和他的狗血东家说起。

历史

Intel很早就发明了EPROM，这是一种可以用紫外线擦除的存储器。相较于ROM，它的内容可以更新而且可以保持10～20年，老式电脑的BIOS都存储于此。

（Intel 1702）

它的顶部必须被覆盖住，以防被阳光里的紫外线擦除。后来Intel在其基础上于1978年发明了电可擦除的升级版叫做EEPROM。不需要阳光的帮忙，方便多了，可是读取和擦除速度却非常缓慢。

这时我们的主人公富士雄出场了，他于1971年加入了东芝公司。受到了EEPROM的启发，他开始利用自己夜晚和周末的时间钻研一种能快速擦除的EERPOM。他在1980年取得突破，申请了一个叫做simultaneously erasable EEPROM的专利。然而，日本大公司的论资排辈却让这项划时代的发明石沉大海，直到4年之后。

“我终于被提拔了，可以不要批准就去工厂，让工人们帮忙做出样品了”，富士雄说。当他拿着他的样品参加当年的IEEE大会的时候，NOR Flash引起了轰动，以至于当他回到日本后，他的老板总是被Intel打来的要样品电话骚扰。他被奖励了几个人手帮忙，而这些人却是part-time的。而在大洋的另一边，Intel在收到样品后，立刻派出300多个工程师全力研发自己的版本。由于新发明的这种EEPROM擦除速度飞快，富士雄的同事建议他把这种技术取名Flash，暗合相机的闪光灯飞快闪烁之意。

东芝公司并没有把NOR flash技术当作宝贝，只是不想要别人插手而已。所以不停的起诉任何希望染指的公司，如TI公司。而富士雄却并没有停止他的追求，在1986年发明了NAND Flash，大大降低了制造成本。由于他的贡献，东芝奖励了他一笔几百美金的奖金和一个位置很高却悠闲的职位。做为一个工程师，他忍受不了这种待遇，不得不辞职进入大学继续科研。

东芝公司的短视很快招来了市场的惩罚。Flash市场迅速扩张，在90年代末期就达到数百亿美金的市场规模，Intel是这个市场的霸主，而东芝公司只享有很小的份额（NAND，NOR几乎没有）。在很长一段时间，东芝公司甚至不承认NOR flash是他发明的，说是Intel发明的。直到IEEE在1997年颁给富士雄特殊贡献奖后才改口。

富士雄觉得自己的贡献被东芝公司抹杀了，他愤然于2006年起诉了公司，并索要10亿日元的补偿。最后他和东芝公司达成和解，得到8700万日元（合758,000美元）。富士雄没有依旧停止自己的脚步，在获得进200个专利后，他还在向着下一个big thing进发。

无疑富士雄是个英雄，有人说应该颁给他诺贝儿奖，他也是我还可以记得名字的发明人之一，而其他的很多技术发明人却泯然众人矣。从这个故事中也可以折射出日本大公司的官僚主义和大公司病。

NOR VS NAND

那么什么是NOR Flash和NAND Flash？我们先来看看他们芯片的样子：

（左边是NAND,右边是NOR）

他们的电气原理我就不讲了，感兴趣的人也不多。我们这里主要聚焦在他们的共性和特性上。

1。共性

A. 都是非易失存储介质。即掉电都不会丢失内容。

B. 在写入前都需要擦除。实际上NOR Flash的一个bit可以从1变成0，而要从0变1就要擦除整块。NAND flash都需要擦除。

2。特性

特性是决定使用哪种Flash的根据，我这里总结出一张表：

如果以美光（Micron）自己的NAND和NOR对比的话，详细速度数据如下：

（数据来源Micron）

如果我们单独看随机读取速度：

（数据来源Micron）

如果用现在流行的关系图看是这样：

（数据来源Toshiba）

应用场景

在PC和手机上我们都可以找到NOR和NAND Flash的身影。

1。NOR Flash

NOR Flash和普通的内存比较像的一点是他们都可以支持随机访问，这使它也具有支持XIP（eXecute In Place）的特性，可以像普通ROM一样执行程序。这点让它成为BIOS等开机就要执行的代码的绝佳载体。

NOR Flash 根据与 Host 端接口的不同，可以分为 Parallel NOR Flash 和 Serial NOR Flash 两类。

Parallel NOR Flash 可以接入到 Host 的控制器上，所存储的内容可以直接映射到 CPU 地址空间，不需要拷贝到 RAM 中即可被 CPU 访问。NOR Flash在BIOS中最早就是这种接口，叫做FWH（Firmware HUB），由于其接是并行接口，速度缓慢，现在基本已经被淘汰。Serial NOR Flash 的成本比 Parallel NOR Flash 低，主要通过 SPI 接口与 Host 也就是PCH相连。

现在几乎所有的BIOS和一些机顶盒上都是使用NOR Flash，它的大小一般在1MB到32MB之间，价格昂贵。

2。NAND Flash

NAND Flash广泛应用在各种存储卡，U盘，SSD，eMMC等等大容量设备中。它的颗粒根据每个存储单元内存储比特个数的不同，可以分为 SLC（Single-Level Cell）、MLC（Multi-Level Cell）和 TLC（Triple-Level Cell）三类。其中，在一个存储单元中，SLC 可以存储 1 个比特，MLC 可以存储 2 个比特，TLC 则可以存储 3 个比特。

NAND Flash 的单个存储单元存储的比特位越多，读写性能会越差，寿命也越短，但是成本会更低。

现在高端SSD会选取MLC甚至SLC，低端SSD则选取TLC。SD卡一般选取TLC。

3。其他

1. 最早的手机等设备之中既有NOR Flash也有NAND Flash。NOR Flash很小，因为支持XIP，所以负责初始化系统并提供NAND Flash的驱动，类似Bootloader。而NAND Flash则存储数据和OS镜像。三星最早提出Norless的概念，在它的CPU on die ROM中固话了NAND Flash的驱动，会把NAND flash的开始一小段拷贝到内存低端作为bootloader,这样昂贵的NOR Flash就被节省下来了，降低了手机主板成本和复杂度。渐渐NOR Flash在手机中慢慢消失了。

2. NOR Flash最大的问题是擦写慢和可擦写次数少，但是很少会因为这个原因造成BIOS速度降低和损坏，你知道是为什么吗？

尾声

NAND Flash相对NOR Flash更可能发生比特翻转，就必须采用错误探测/错误更正(EDC/ECC)算法，同时NAND Flash随着使用会渐渐产生坏块；我们在使用NAND Flash的SD卡上经常使用FAT文件系统，如果大家度过前面的文章（传送门：FAT文件系统与UEFI - 知乎专栏）就会知道，文件分配表会被频繁改写，而每块的擦写次数是NAND Flash寿命的决定性因素。如何才能平衡各块的擦写和为可能的坏块寻找替换呢？通常需要有一个特殊的软件层次，实现坏块管理、擦写均衡、ECC、垃圾回收等的功能，这一个软件层次称为 FTL（Flash Translation Layer）。根据 FTL 所在的位置的不同，可以把 Flash Memory 分为 Raw Flash 和 Managed Flash 两类：

最早大家都是使用raw Flash，FTL全由驱动程序实现。后来发展到SD和eMMC等，则由设备固件实现抽象。

FTL的原理是我们下一篇的主要内容。

如何实现SSD到SSD整盘对拷？固态硬盘极简克隆法，一键轻松搞定

不装了！我说的是“不用费劲装系统了”！

以后，哥们有新固态的时候，不但不用因为换SSD而新装一遍系统了，更不用费劲把我的主板M.2 SSD散热铠甲卸下来了测跑分了！而且新旧硬盘更换，也不用费劲儿折腾了什么文件备份转移了，直接傻瓜软件给安排上（这里卖个关子），再整一个绿联的PCIe转M.2扩展卡，轻松实现SSD对SSD的整个硬盘完整克隆。

姑且让我给它取个名字，就叫《SSD简易克隆法》吧！

我一直琢磨的、并最终达成的这个SSD对拷方案，好处有二：

一，简单！只要经过一次练习，小白也能轻松搞定SSD对拷。

而且，你不必顾虑SSD1（源硬盘）和SSD2（目标硬盘）谁大谁小，连C盘系统都可以直接按照一个模子刻下来，然后这个新SSD就可以像孪生兄弟一样，放在任何新旧电脑上都能立刻开机进一个相同的系统，文件资料也都是和原来一模一样的。这样一来，像我这种经常拆装电脑的，就可以方便的在多台电脑之间迁移SSD，而保持完全相同的系统文件环境；对于普通用户而言，更换新旧SSD简直易如反掌，完全不必再考虑“重装Windows”，或者使用Ghost、DiskGenuis操作繁琐（没错，这个方法比Ghost、DG还快，关键是学习成本极低）。

二，主板安装、拆卸M.2 SSD时的大动干戈，终于可以绕过了！

尤其是高级主板，先要把挡着散热铠甲的显卡拆下，然后再拆散热片，接着才能更换SSD后，用完之后，还要反向操作一番……每次要多花大半个小时在这些拆拆装装上面，费劲不说，还容易增加出错概率。现在用转接卡的方案，直接绕过拆装，在主板闲置的PCIe插槽好了，而且我的ROG Strix X570-e还不会限速，PCIe4x4的SSD在转接卡上依然可以跑满速！

研究明白了这个方案，真正的快捷的电脑复刻时代，至少对我来说，真的真的到来了。

这篇文章，我就说说我的操作经验，希望给大家一些参考。

下面这个，就是该方法需要准备的一款硬件。绿联PCIe 4.0x16 转M.2 NVMe扩展卡（附带SSD散热铠甲和导热硅胶，下图未装）只需七七四十九块大洋。

而上面的固态硬盘，是读取速度超过7400MB/s的 PCIe 4.0 SSD——雷克沙NM800，这个新卡花了我1100。

#pgc-card .pgc-card-href { text-decoration: none; outline: none; display: block; width: 100%; height: 100%; } #pgc-card .pgc-card-href:hover { text-decoration: none; } /*pc 样式*/ .pgc-card { box-sizing: border-box; height: 164px; border: 1px solid #e8e8e8; position: relative; padding: 20px 94px 12px 180px; overflow: hidden; } .pgc-card::after { content: " "; display: block; border-left: 1px solid #e8e8e8; height: 120px; position: absolute; right: 76px; top: 20px; } .pgc-cover { position: absolute; width: 162px; height: 162px; top: 0; left: 0; background-size: cover; } .pgc-content { overflow: hidden; position: relative; top: 50%; -webkit-transform: translateY(-50%); transform: translateY(-50%); } .pgc-content-title { font-size: 18px; color: #222; line-height: 1; font-weight: bold; overflow: hidden; text-overflow: ellipsis; white-space: nowrap; } .pgc-content-desc { font-size: 14px; color: #444; overflow: hidden; text-overflow: ellipsis; padding-top: 9px; overflow: hidden; line-height: 1.2em; display: -webkit-inline-box; -webkit-line-clamp: 2; -webkit-box-orient: vertical; } .pgc-content-price { font-size: 22px; color: #f85959; padding-top: 18px; line-height: 1em; } .pgc-card-buy { width: 75px; position: absolute; right: 0; top: 50px; color: #406599; font-size: 14px; text-align: center; } .pgc-buy-text { padding-top: 10px; } .pgc-icon-buy { height: 23px; width: 20px; display: inline-block; background: url(https://lf3-cdn-tos.bytescm.com/obj/cdn-static-resource/pgc/v2/pgc_tpl/static/image/commodity_buy_f2b4d1a.png); } 雷克沙（Lexar）NM800 1TB M.2 NVMe SSD固态硬盘PCIe 4.0x4 传输速度7400MB/s 以速制胜￥1299 购买

拆下来给个特写：雷克沙Professional NM800 1TB 固态硬盘，NVMe1.4的协议，M.2 2280 的规格，7400MB/s的读速，5800MB/s的写速，旗舰性能，智能温控，3000TB的TBW，比我上一次测试的铠侠SE10 7200MB/s还要快，寿命也更长，待会一定要好好测试一下！

Tips：如果你跟我一样，打算往PCIe Gen4x4的新SSD上克隆旧硬盘的话，那么也要像我一样选这个支持PCIe Gen 4.0x16的扩展卡（下图左）。当然，主板也要支持Gen4才有用，如果你的SSD和主板有一个是PCIe 3.0的，那么只支持到PCIe 3.0的转接卡也可以（比如下图右这款ORICO），但是啊，这俩款其实相差没几块钱，所以，建议直接一步到位，首选Gen4。

#pgc-card .pgc-card-href { text-decoration: none; outline: none; display: block; width: 100%; height: 100%; } #pgc-card .pgc-card-href:hover { text-decoration: none; } /*pc 样式*/ .pgc-card { box-sizing: border-box; height: 164px; border: 1px solid #e8e8e8; position: relative; padding: 20px 94px 12px 180px; overflow: hidden; } .pgc-card::after { content: " "; display: block; border-left: 1px solid #e8e8e8; height: 120px; position: absolute; right: 76px; top: 20px; } .pgc-cover { position: absolute; width: 162px; height: 162px; top: 0; left: 0; background-size: cover; } .pgc-content { overflow: hidden; position: relative; top: 50%; -webkit-transform: translateY(-50%); transform: translateY(-50%); } .pgc-content-title { font-size: 18px; color: #222; line-height: 1; font-weight: bold; overflow: hidden; text-overflow: ellipsis; white-space: nowrap; } .pgc-content-desc { font-size: 14px; color: #444; overflow: hidden; text-overflow: ellipsis; padding-top: 9px; overflow: hidden; line-height: 1.2em; display: -webkit-inline-box; -webkit-line-clamp: 2; -webkit-box-orient: vertical; } .pgc-content-price { font-size: 22px; color: #f85959; padding-top: 18px; line-height: 1em; } .pgc-card-buy { width: 75px; position: absolute; right: 0; top: 50px; color: #406599; font-size: 14px; text-align: center; } .pgc-buy-text { padding-top: 10px; } .pgc-icon-buy { height: 23px; width: 20px; display: inline-block; background: url(https://lf3-cdn-tos.bytescm.com/obj/cdn-static-resource/pgc/v2/pgc_tpl/static/image/commodity_buy_f2b4d1a.png); } 奥睿科（ORICO）M.2 NVME转接卡转PCI-E3.0X4X16扩展卡SSD固态硬盘 PSM2-32Gbps ￥46 购买

平心而论，只要不差钱，无论主板还是SSD，无论转接卡还是硬盘盒，你都往新一代PCIe 4上冲是没错的。经费不够？那就躺平3.0。不过，3.0的速写最高三千上下，还是4代更爽。

文章接下来的部分分为两块儿，先给SSD开个箱，再来介绍SSD克隆（对拷）的实际操作方法。

旗舰级PCIe4固态：雷克沙NM800 1TB

NM800包装内除SSD外，附送主板固定螺丝一枚。SSD正面贴纸附有导热设计，标签黑+金范儿，下面盖着的就是所有存储单元、主控芯片、功能控制电路的PCB基板。说明书写明质保五年，1TB版本的TBW达到了3000TB，旗舰型号无疑。

由于采用单面颗粒设计，更适用于笔记本电脑扩容。背面一马平窗，只有标明序列号、1TB容量、PCIe G4x4传输协议支持等等的贴纸。

移除正面导热贴纸，可以看到三个主要区域。

下图左，靠近金手指的是主控芯片，搭载的是InnoGrit IG5236控制器，IG5236拥有8个NAND通道，支持8TB容量，能够提供高达7400MB/s的顺序读取性能和高达6.4GB/s的顺序写入性能，配合NVMe协议M.2接口的高带宽、低延迟数据传输支持，可以让SSD发挥出更强的读写性能。

稍微靠下的缓存电路有一个1GB的DRAM缓存芯片；再向下就是2枚512GB容量的存储芯片，可以看到型号为NC66THA1884512G，二者组成1TB容量，PCB基板整体布局简洁周整，与其旗舰定位相符，做工非常出色。

由于之前试过不装散热片测试PCIe 4的SSD，测试雷克沙NM800时我也没给转接卡装散热铠甲，顺便看一下它的温控效果是与官方所述相同。

性能跑分测试（通过转接卡）

注意安装时先断电，不要因为插卡方便就带电操作。插好后开机，直接在磁盘管理器中弹出窗口初始化（我指定其为T盘，名称L-NM800）。随后打开CrystalDiskInfo，NM800的参数性能就全出来了。

让我想不到的是，即使未加导热+散热片，雷克沙NM800的闲置温度也非常低，保持在29℃~31℃，比之前同一个位置插卡的铠侠SE10（32℃~35℃）更凉快，索性此后的测试、跑分、拷贝过程，我完全没再考虑加上散热片。

CrystalDiskMark跑分： 1GB基准下，连续读取速度7459MB/s，连续写入速度5668MB/s；32GB基准下，连续读取速度7464MB/s，连续写入速度5666MB/s；

AS SSD Benchmark跑分： 1GB基准下，读取5813MB/s，写入5111MB/s，数值上相比之前少了一些。4K-64Thrd多线程的IOPS成绩为35.2万（读），38.7万（写）。

在空盘状态下使用HD Tune Pro做文件基准测试，选择200GB依然没到用光缓存。改用TxBENCH SLC Cache测试，速度在320GB左右跌落，可以估计其SLC在300GB以上，可以说这么大的缓存，完全可以满足大多数用户的日常使用。

实测从主SSD拷贝文件到NM800，23GB多文件平均写入速度为1.5GB/s，3GB单文件平均写入为3.29GB/s。

由于以上测试均为借助绿联扩展卡转接，如果改为插入主板M.2 SSD硬盘插槽，外加X570-E的SSD导热硅胶+散热鳍片+南桥风扇散热，实际读写速度将有更好的表现。这款雷克沙NM800，无论从做工品质，还是读写性能、温控表现，在PCIe4.0协议的NVMe SSD中都很出彩，非常适合有条件的台式机、笔记本用户扩容、升级。

一学就会：SSD简易克隆法

下面终于来到大家更关注的主题，如何借助软件实现快速SSD对拷。首先，你需要安装由傲梅出品的一款软件：（傲梅）分区助手，注意选择专业版，该软件无收费项目，通过我的多次测试验证，比我去年给大家推荐的ATI还要便利，如果说ATI2021是四星级，分区助手我给五星。

【第1步】启动分区助手，点击左侧或上方图标栏的“克隆硬盘”，弹出下图窗口，第一步选择列表中的“源硬盘”，接着选择“目标硬盘”，大家注意看引导文字，看清盘符对应的SSD名称就不会出错。像我之前给雷克沙NM800做初始化时，特意给他命名也是为了方便准确选择。

【第2步】在接下来的选项中可以自定义硬盘分区，默认“让分去适应整个硬盘的大小”这一项，这时，即使目标SSD和源SSD大小不一致，也可以“等比例缩放”分区容量；而选择右侧的“调整此硬盘上的分区”，则可以给你更多目标硬盘的自由度，前提是自定义分区容量要大于已有文件容量。

可以看到，无论目标硬盘的容量比源硬盘大还是小，只要最终各分区的数据占用小于分区容量，都可以轻松实现“自适应”克隆。比如1TB对拷到2TB，2TB对拷到512GB等等。

【第3步】上一步设置好之后，基本只需几步“确认性质”的步骤，即可完成全部设置。文字部分大家可以在实际操作时自己确认。如下图所示，点击“完成”（1），就可以选择软件界面的“提交”（2），准备好执行“硬盘克隆”了。

【第4步】点击提交后，弹出“等待执行的操作”体式狂，这一步也是让用户再次核实源硬盘与目标硬盘，要知道你万一选错了，那就是血的代价啊，一定不要马虎，再检查一下。

【第5步】点击执行，弹出最后一个提示，一般选默认的“重启进入PE模式”即可，点击确认之后，系统将会自动重启。

【第6步】之后系统将会自动进入Windows PE界面，并打开分区助手提示操作进度。像我的1TB SSD to 1TB SSD对拷进程，只持续了15~18分钟左右，就已经提示完成了，无需有人值守，倒数读秒后自动重启，随后就会正常进入Windows10系统。

此时，SSD对拷就已经大功告成，此时SSD1的C盘（系统盘）、D盘两个分区，已经被完整克隆到雷克沙NM800 1TB SSD分出的G盘（系统盘）、L盘两个分区（图中其他分区也是从源SSD克隆出来的ESP、MSR分区，ESP涉及到UEFI分区引导，二者在文件管理夹中不显示，小白无视即可）。

不止是形式上被克隆，而且是功能上被克隆，如此克隆完成之后的雷克沙NM800 1TB，已经成为源SSD铠侠SE10的“孪生兄弟”，除了整盘容量有那么几十GB的差别，其余如系统数据、软件数据、文件数据全部相同。此时将雷克沙NM800和扩展卡插入另一台电脑的主板PCIe插槽（如下图的微星X470凭条），就可以直接通过该SSD启动一个和源电脑完全一样的系统了！

讲到这里不知道各位是否看懂——

只需一块PCIe扩展卡，再安装一个一个傲梅分区助手，在windows10界面（目前还未测试win11是否可行）简单点几下，等它进入PE界面自动运行十几分钟，就能轻松完成SSD对拷/克隆，一个SSD变成2个功能数据完全一样的SSD（SSD总容量可以不同）。

SSD读写越快，克隆过程也就越快，所以当然是7400MB/s读速的雷克沙Professional NM800更好用。能选PCIe 4.0，谁还退而求其次哟。

总之，一个奇妙的提高装机效率的装机方法就这样诞生了，你还不牢牢地把握它？

我是笔点酷玩，如果你对这一种克隆方法还有疑问，可以写在评论区哦。希望这种方法可以实实在在的帮到大家。#硬盘克隆#