ssd相關的一些資料介紹

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首先看下Nand flash

Nand-flash記憶體是flash記憶體的-種，其內部採用非線性宏單元模式，為固態大容量記憶體的實現提供了廉價有效的解決方案。Nand-flash儲存器具有容量較大，改寫速度快，適用於大量資料的儲存，因而在業界得到了越來越廣泛的應用，如嵌入式產品中包括數位相機、MP3隨身聽記憶卡、體積小巧的隨身碟等。

　　NAND型快閃記憶體以塊為單位進行擦除操作。快閃記憶體的寫入操作必須在空白區域進行，如果目標區域已經有資料，必須先擦除後寫入，因此擦除操作是快閃記憶體的基本操作。

　　而SRAM (Static RAM，靜態隨機儲存器) - 此類靜態RAM的執行速度非常快，也非常昂貴，其體積相對來說也比較大。今天我們常說的CPU內的一級、二級快取就是使用了此SRAM。英特爾的 Pentium III Coppermine CPU中結合有256KB的全速二級快取，這實際上就是一種SRAM。非常不幸得就是 此種SRAM與其"夥伴"DRAM相比非常地昂貴，因此在CPU內只能使用少量的SRAM，以降低處理器的生產成本；不過由於SRAM的特點---高速 度，因此對提高系統效能非常有幫助。處理器內的一級快取，其執行頻率與CPU的時鐘同步；而二級快取可以整合在CPU中，也可以位於如一些Slot-1 CPU的邊上。

ssd可以分為SLC&MLC兩種

儲單元分為兩類：SLC（Single Layer Cell 單層單元）和MLC（Multi-Level Cell多層單元）。SLC的特點是成本高、容量小、速度快，而MLC的特點是容量大成本低，但是速度慢。MLC的每個單元是2bit的，相對SLC來說整整多了一倍。不過，由於每個MLC儲存單元中存放的資料較多，結構相對複雜，出錯的機率會增加，必須進行錯誤修正，這個動作導致其效能大幅落後於結構簡單的SLC快閃記憶體。此外，SLC快閃記憶體的優點是複寫次數高達100000次，比MLC快閃記憶體高10倍。此外，為了保證MLC的壽命，控制晶片都校驗和智慧磨損平衡技術演算法，使得每個儲存單元的寫入次數可以平均分攤，達到100萬小時故障間隔時間(MTBF)。

　　對MLC和SLC兩大架構現在網上存在一個普遍的認識誤區，那就是大家都認為MLC架構的NAND快閃記憶體是劣品，只有SLC架構的NAND快閃記憶體才能在質 量上有保障。殊不知採用MLC架構的NAND快閃記憶體產品在2003年就已經投入市場使用，至今也沒有見哪位使用者說自己曾經購買的大容量CF、SD卡有質量問 題。可能你會說這是暫時的，日後肯定出問題，那麼我們就先來回憶一下MLC的發展歷程以及SLC目前的發展狀況再來給這個假設做定論吧。

　　MLC技術開始升溫應該說是從2003年2月東芝推出了第一款MLC架構NAND Flash開始，當時作為NAND Flash的主導企業三星電子 對此架構很是不屑，依舊我行我素大力推行SLC架構。第二年也就是2004年4月東芝接續推出了採用MLC技術的4Gbit和 8Gbit NAND Flash，顯然這對於本來就以容量見長的NAND快閃記憶體更是如虎添翼。三星電子長期以來一直倡導SLC架構，聲稱SLC優於 MLC，但該公司於2004和2005年發表的關於MLC技術的ISSCC論文卻初步顯示它的看法發生了轉變。三星在其網站上仍未提供關於MLC快閃記憶體的任 何營銷材料，但此時卻已經開發出了一款4Gbit的MLC NAND快閃記憶體。該產品的裸片面積是156mm2，比東芝的90nm工藝MLC NAND快閃記憶體大 了18mm2。兩家主流NAND快閃記憶體廠商在MLC架構上的競爭就從這時開始正式打響了。除了這三星和東芝這兩家外，現在擁有了英特爾MLC技術的IM科技 公司更是在工藝和MLC上都希望超越競爭對手，大有後來者居上的衝勁。MLC技術的競爭就這樣如火如荼地進行著。

　　另一方面我們再來看看SLC技術，存取原理上SLC架構是0和1兩個充電值，即每Cell只能存取1bit資料，有點兒類似於開關電路，雖然簡單但卻 非常穩定。如同電腦的CPU部件一樣，要想在一定體積裡容納更多的電晶體數，就必須提高生產工藝水平，減小單電晶體體積。目前SLC技術受限於低矽效率問 題，要想大幅度提高製程技術就必須採用更先進的流程強化技術，這就意味著廠商必須更換現有的生產裝置，投入大不說而且還是個無底洞。而MLC架構可以一次 儲存4個以上的充電值，因此擁有比較好的儲存密度，再加上可利用現有的生產裝置來提高產品容量，廠商即享有生產成本上的優勢同時產品良率又得到了保證，自 然比SLC架構更受歡迎。

　　既然MLC架構技術上更加先進，同時又具備成本和良率等優勢，那為什麼遲遲得不到使用者的認同呢。除了認識上的誤區外，MLC架構NAND Flash 確實存在著讓使用者難以容忍的缺點，但這都只是暫時的。為了讓大家能更直觀清楚地認識這兩種架構的優缺點，我們來做一下技術引數上的對比。

　　首先是存取次數。MLC架構理論上只能承受約1萬次的資料寫入，而SLC架構可承受約10萬次，是MLC的10倍。這其中也存在一個誤區，網上很多媒 體都有寫MLC和SLC知識普及的文章，筆者一一拜讀過，可以說內容不夠嚴謹，多數都是你抄我我抄你，相互抄來抄去，連錯誤之處也都完全相同，對網友很不 負責。就拿存取次數來說吧，這個1萬次指的是資料寫入次數，而非資料寫入加讀取的總次數。資料讀取次數的多寡對快閃記憶體壽命有一定影響，但絕非像寫入那樣嚴 重，這個壽命值正隨著MLC技術的不斷髮展和完善而改變著。MLC技術並非一家廠商壟斷，像東芝（Toshiba）已生產了好幾代MLC架構NAND閃 存，包括前不久宣佈和美國SanDisk公司共同開發的採用最先進56nm工藝的16Gb（2gigabyte）和 8Gb（1gigabyte）MLC NAND快閃記憶體，16Gb是單晶片的業內最大容量。

　　東芝在MLC快閃記憶體設計方面擁有經驗與技術，去年東芝利用90nm工藝與三星的73nm產品競爭。東芝90nm MLC快閃記憶體的位密度達 29 Mbits/ mm2，超過了三星的73nm快閃記憶體（位密度為25.8 Mbits/mm2）。對於給定的儲存密度，東芝快閃記憶體的裸片面積也比三星的要 小。例如東芝的4-Gbit 90nm NAND裸片面積是138 mm2，而三星的4-Gbit 73nm NAND裸片面積是156 mm2，這使東 芝在成本方面更具競爭力。三星方面現在正奮起直追，與東芝之間的競爭異常激烈。再加上IMFT、海力士等廠商的參與，MLC技術發展勢頭迅猛，今天 MLC NAND Flash寫壽命還只有1萬次，明天也許就會是2萬次、3萬次甚至達到與SLC同等級別的10萬次，這是完全有可能的。

　　拿MLC NAND Flash的寫壽命我們一起來算筆帳，假如近期筆者購買了一款2GB容量MP3播放器，快閃記憶體是東芝產的MLC架構 NAND Flash，理論上只能承受約1萬次資料寫入。筆者是個瘋狂的音樂愛好者，每天都要更新一遍快閃記憶體裡的歌曲檔案，這樣下來一年要執行365次資料 寫入，1萬次可夠折騰至少27年的，去除7年零頭作為資料讀取對快閃記憶體壽命的損耗，這款MP3播放器如果其它部件不出問題筆者就可以正常使用至少20年。 20年對於一款電子產品有著怎樣的意義？就算筆者戀舊，也不可能20年就用一款MP3播放器吧。況且就算是SLC架構，快閃記憶體裡的資料儲存期限最多也只有 10年，1萬次的資料寫入壽命其實一點兒也不少。

　　其次是讀取和寫入速度。這裡仍存在認識上的誤區，所有快閃記憶體晶片讀取、寫入或擦除資料都是在快閃記憶體控制晶片下完成的，快閃記憶體控制晶片的速度決定了快閃記憶體裡資料 的讀取、擦除或是重新寫入的速度。可能你會拿現成的例子來辯駁，為什麼在同樣的控制晶片、同樣的外圍電路下SLC速度比MLC快。首先就MLC架構目前與 之搭配的控制技術來講這點筆者並不否認，但如果認清其中的原因你就不會再說SLC在速度方面存在優勢了。SLC技術被開發的年頭遠早於MLC技術，與之相 匹配的控制晶片技術上已經非常成熟，筆者評測過的SLC產品資料寫入速度最快能達到9664KB/s（ KISS KS900），讀取速度最快能達到13138KB/s（ mobiBLU DAH-1700）， 而同樣在高速USB2.0介面協議下寫入速度最慢的還不足1500KB/s，讀取速度最慢的也沒有超過2000KB/s。都是SLC快閃記憶體晶片，都是高速 USB2.0介面協議，為什麼差別會如此大。筆者請教了一位業內資深設計師，得到的答案是快閃記憶體控制晶片效能低，且與快閃記憶體之間的相容性不好，這類產品不僅速 度慢而且在資料操作時出錯的機率也大。這個問題在MLC快閃記憶體剛投入市場時同樣也困擾著MLC技術的發展，好在去年12月我們終於看到了曙光。這就是擎泰科 技（Skymedi Corporation）為我們帶來的新一代高速USB2.0控制晶片SK6281及SD 2.0/MMC 4.2的combo快閃 記憶卡控制晶片SK6621，在MLC NAND快閃記憶體的支援與速度效能上皆有良好表現。其所支援的MLC晶片已經達到了Class4的傳輸速度。

　　MLC NAND Flash自身技術的原因，只有控制晶片效能夠強時才能支援和彌補其速度上的缺點，支援MLC製程的控制晶片需要較嚴格的標準，以 充分發揮NAND快閃記憶體晶片的效能。擎泰科技所推出的系列控制晶片經過長時間可靠性測試及針對不同裝置相容性進行的比對較正，已能支援目前市場主流的MLC 快閃記憶體，如英特爾JS29F16G08CAMB1、JS29F08G08AAMB1，三星K9G4G08U0A、K9G8G08U0M、 K9LAG08U0M、K9HBG08U1M，東芝TC58NVG2D4CTG00、TC58NVG3D4CTG00、TH58NVG4D4CTG00， 美光（Micron）、海力士（Hynix）等等。此外，藉由良好的韌體設計，可大幅提升效能，達到最高的存取速度，例如：SK6621支援MLC可到 Class4水準，其所支援SLC皆可支援到Class6的傳輸速度。SK6281還達到了Vista ReadyBoost速度的需求 （Enhanced for Windows ReadyBoost），且支援單顆MLC時可達22MB/s的讀取速度及6MB/s的寫入速度，綜合下來 並不比SLC慢多少。你手上的MP3播放器USB傳輸速度慢並不全是因為快閃記憶體晶片採用了MLC架構，它與控制晶片的關係要更加密切一些。

　　第三是功耗。SLC架構由於每Cell僅存放1bit資料，故只有高和低2種電平狀態，使用1.8V的電壓就可以驅動。而MLC架構每Cell需要存 放多個bit，即電平至少要被分為4檔（存放2bit），所以需要有3.3V及以上的電壓才能驅動。最近傳來好訊息，英特爾新推出的65奈米MLC寫入速 度較以前產品提升了二倍，而工作電壓僅為1.8V，並且憑藉低功耗和深層關機模式，其電池使用時間也得到了延長。

　　第四是出錯率。在一次讀寫中SLC只有0或1兩種狀態，這種技術能提供快速的程式程式設計與讀取，簡單點說每Cell就像我們日常生活中使用的開關一樣， 只有開和關兩種狀態，非常穩定，就算其中一個Cell損壞，對整體的效能也不會有影響。在一次讀寫中MLC有四種狀態（以每Cell存取2bit為例）， 這就意味著MLC儲存時要更精確地控制每個儲存單元的充電電壓，讀寫時就需要更長的充電時間來保證資料的可靠性。它已經不再是簡單的開關電路，而是要控制 四種不同的狀態，這在產品的出錯率方面和穩定性方面有較大要求，而且一旦出現錯誤，就會導致2倍及以上的資料損壞，所以MLC對製造工藝和控制晶片有著更 高的要求。目前一些MP3主控制晶片已經採用了硬體4bit ECC校驗，這樣就可以使MLC的出錯率和對機器效能的影響減小到最低。

　　第五是製造成本。為什麼硬碟容量在成倍增大的同時生產成本卻能保持不變，簡單點說就是在同樣面積的碟片上儲存更多的資料，也就是所謂的儲存密度增大 了。MLC技術與之非常類似，原來每Cell僅存放1bit資料，而現在每Cell能存放2bit甚至更多資料，這些都是在儲存體體積不增大的前提下實現 的，所以相同容量大小的MLC NAND Flash製造成本要遠低於SLC NAND Flash。

　　綜上所述，MLC技術是今後NAND Flash的發展趨勢，就像CPU單核心、雙核心、四核心一樣，MLC技術透過每Cell儲存更多的bit來實 現容量上的成倍跨越，直至更先進的架構問世。而SLC短期內仍然會是市場的佼佼者，但隨著MLC技術的不斷髮展和完善，SLC必將退出歷史的舞臺。