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。

电子产品的记忆力：NOR、NAND和UFS到底有什么区别？

东芝在1984年开发出名为闪存的新型半导体存储器。实际上闪存也分为NOR和NAND两种，我们平时提及最多的乃是后者。

NOR：最早出现的闪存类型

最早问世的NOR型闪存的容量较小、使用简单、支持按字节寻址且随机读取速度快，可以实现XIP片内执行。通常用在路由器、机顶盒、物联网设备中，起到存储固件的作用。个别固态硬盘中也能看到NOR闪存用作固件存储器：

NOR闪存表现的更接近内存，小区块数据的随机读取速度比NAND闪存更快。在一些对性能要求不高的设备当中，可以让固件代码直接在NOR闪存当中运行，而无需独立的RAM内存组件。

除此之外，NOR闪存的使用也非常简单。使用中无需纠错引擎，只要十几块钱的编程器就可以对它进行烧录。

下图为利用编程器和SOP8免拆夹子对NOR闪存中的固件进行改写。NOR闪存的容量一般不超过256MB，路由器上多使用16MB或32MB容量。

NAND闪存：

如果不是NAND型闪存的出现，恐怕我们还生活在功能机时代。东芝在1987年开发了NAND型闪存，由于容量比NOR闪存大的多，NAND随后被广泛应用于各种存储卡和电子设备当中，成为应用最广泛的闪存类型。

下图是东芝TR200固态硬盘当中的BiCS3闪存，采用64层堆叠3D结构，TLC类型的它每个存储单元可以存储3bit数据。

NAND闪存的出错率比NOR闪存更高，需要专门设计的主控芯片进行管理。一颗固态硬盘主控包含FTL闪存转换层、数据纠错、磨损均衡、垃圾回收管理等功能模块。尽管使用起来比较复杂，但3D NAND闪存带来了极高的存储容量。使用BiCS3闪存的东芝TR200固态硬盘可以提供高达960GB的容量选择。

不过NAND型闪存的最小读写单位是Page而非字节，在闪存芯片当中一个Page的大小通常为16KB。NAND闪存的擦除单位是更大的Block，在东芝BiCS3闪存当中一个Block的容量高达12MB。NAND闪存没有办法像RAM内存那样自由寻址，而只能被用作硬盘存储器。

NAND的容量优势成就了它的主流地位，NOR闪存虽然并没有消失，但已经在越来越多的地方被NAND闪存所取代。

UFS闪存：

UFS其实并不属于一种独立的闪存类型，它是在NAND闪存的基础上增加了闪存控制器，并采用标准的封装接口。UFS存储芯片既承担了过去NOR闪存提供的固件存储与系统开机功能，也承担起NAND闪存的大容量数据存储职能。

UFS闪存不仅广泛应用在智能手机当中，车载电子产品中也大量应用了东芝推出的宽温型UFS芯片（支持-40℃至105℃），在高温、震动工控下它可以提供高速和可靠的数据存储功能，助力物联网与自动驾驶应用的发展。

相关问答

SSD指的固态硬盘,固态硬盘上存储信息的方式是采用Flash芯片,Flash芯片主要分为NANDFlash和NorFlash。简单来说,SSD硬盘是一个由若干个NANDFlash或者NorFl...

我是存储行业的一名高级工程师,认真是一种态度,专业是一种情怀。欢迎关注我,与我交流哦!硬盘,拿来存储数据,存储单元绝对是核心元件。在固态硬盘内部,NAN...现...

非易失性内存目前其实不会挑战DRAM和NAND市场,Intel的Optane已经算是这个方向上的一种尝试了,但是代价也比较明显,Optane并不能取代DRAM,因为它的时钟频率还...

2、NORFlash:记忆数据比较大的数据,如系统文件、图片等,可以反复擦写,次数小于EEPROM,10万次;3、NANDFlash:记忆更大的数据,如地图文件、照片等,可以...3...

全球6大NAND闪存厂商今年都开始转向96层堆栈的新一代3DNAND,几家厂商的技术方案也不太一样,SKHynix给他们的新闪存起...随着64层堆栈3DNAND闪存的大规模量产,...

硬盘m.2的意思是一种新的主机接口方案。它可以兼容多种通信协议,如sata、PCIe、USB、HSIC、UART、SMBus等。它是Intel推出的一种替代MSATA新的接口规范。其...

你好,FLASH芯片属于存储设备,全名叫FlashEEPROMMemory,通过程序可以修改数据,即平时所说的“闪存”。我们常说的闪存其实只是一个笼统的称呼,准确地说它...

2DNAND,我们知道在数学和物理领域,2D/3D都是指的方向,都是指的坐标轴,“2D”指的是平面上的长和宽,而“3D”则是在“2D”基础上,添加了一个垂直方向的“高...

什么是SSD的主要问题点?1.成本。没有太多的事实说明,SSD每千兆字节的成本仍然高于硬盘,并且在可预见的未来还将继续增加成本。2.容量。如果密度在晶体管技...

欢迎在点击右上角关注:「太平洋电脑网」,更多有趣资讯等着您哦。我来介绍一下傲腾内存。傲腾内存是啥?傲腾内存,虽名为内存Memory,它并不是传统意义...4、傲...