SSD 简介—— NAND 芯片介绍

发布时间 2023-03-24 14:07:45作者: 咸鱼书生

制作

存储芯片的制作和其他芯片制作大致相同,从沙子中提取单晶硅制作晶圆再封装芯片。

闪存芯片从架构上分为NOR和NAND

NOR Flash的source line把每个cell都并联起来,而NAND flash的source line是把cell串联。架构上NAND更加简洁。

NOR和NAND的具体区别参加下图:

  • 成本:NAND由于更加简洁,单位容量的成本更低
  • 容量:NAND容量更容易做大
  • 写速度:NAND更快 - (NAND是串联为什么反而写速度更快呢?下文讲解)
  • 读速度:NOR更快
  • 代码执行(code execution): NOR可以执行预置在芯片中的代码

由于以上的特点,NOR一般用在对容量需求不大,需要在启动时执行一段代码的场景中,而NAND用于高容量高性能的存储产品中。

NAND flash的结构

如果打开芯片的外壳,里面一层一层的东西叫做die(英语“死”那个单词,拼音叫“爹”),下图只是一个例子,一般是多个die,不一定都是8个。die就是NAND flash最外层的一个概念(die可以理解为一个小区)。

一个die上面分为了多个plane(平面),这些plane的内部结构都一样的,相当于复制粘贴(plan可以理解为几栋)

把上图旋转一下,从侧面看plane的结构就是这样:

一个plane里面分为了多个block(block可以理解为一个单元):

一个block里面分为了多个page(下图中绿色那跟横线表示的就是一个page,可以理解为层楼):

一个page里有多个cell,下图中紫色的点就表示一个cell。(cell可以理解为一个房子/住户)

总结一下NAND flash的结构: die->plane->block->page->cell

理解记忆:die(天香小区)->plane(二栋)->block(一单元)->page(二楼)->cell(三号)

再看看逻辑视图(小区平面图)

NAND flash制作工艺上分为2D和3D

相当于平房和楼房的区别。3D制作工艺更加复杂,但是单位体积能提供的容量更大,效率更高。现在企业存储应用中基本都是3D flash。

SLC/MLC/TLC/QLC

刚才说了一个cell相当于一个房子,房子我们根据能住的人数可以分为单人间,双人间,三人间,四人间。cell也可以根据能存储多少个数据来分类。

一个cell只存一个bit的数据,就叫做SLC,两个bit数据就叫MLC,三个bit数据就叫TLC, 四个bit数据就叫QLC。

一个cell存的数据越多容量就越大(这个很好理解),相反读写速度和使用寿命就更短(住的人越多就更拥挤嘛,设施折旧也更快)。