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SSD硬盘内部技术提供:NAND Flash

转变观念 解析2012市场为何需要SSD?

CBSi中国·ZOL 作者:中关村在线 姚嘉 责任编辑:孙玉亮 【原创】 2011年12月31日 05:34 评论

SSD硬盘内部技术提供:NAND Flash

    对于固态硬盘来说,影响其性能的主要有3个部分,一是主控,这也是SSD产品最核心的部分;二是NAND Flash芯片,主要分为SLC于MLC两种;还有就是缓存。总体来说,主控芯片性能的高低是影响SSD性能的最主要因素,很多玩家认为NAND Flash芯片类型才是决定性的,实际上这是一个误区,一款优秀的主控芯片即便配上相对廉价的MLC闪存,其性能也要优于较低的主控芯片搭配SLC闪存。

NAND Flash芯片

    我们先来说说NAND Flash芯片。其就相对于另一种闪存类型NOR(非易失闪存技术),NAND能提供极高的单元密度从而达到高存储技术,并且写入和擦除的速度要比NOR快得多,为固态大容量内存的实现提供了廉价有效的解决方案。当然,更重要的是NAND的可擦写次数是NOR的10倍!对于硬盘产品来说,这非常重要。关于NAND Flash更多的知识,我想也有必要在这里普及一下,使我们更全面的了解SSD硬盘的工作原理。


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NAND Flash的基本构造

    NAND Flash硬盘产品每个区块可以确保至少100,000次的擦写操作,这相当于普通硬盘的1,000,000小时的MTBF,已经可以满足应用需求。

    在NAND Flash的底层存储上引出了两种不同的模式,SLC(Single Level Cell)和MLC(Multi Levels Cell),它们之间各有优缺点,现在在各类不同的SSD固态硬盘产品中都有采用。Intel的X25-E应用SLC,X25-M则使用了MLC,下面这样表格可以较为直观的展示出他们性能区别:

SLC NAND Flash MLC NAND Flash
随机读取 25 µs 50 µs
擦抹速率 2ms per block 2ms per block
程序设计 250 µs

900 µs

    SLC的一个Flash存储单元只有两种电荷值,高低不同的电荷值表明0或者1,因为只需要一组高低电压就可以区分出0或者1信号,所以SLC最大的驱动电压可以做到很低。SLC结构简单,用一组变化电压驱动,速度很快同时寿命较长也更为可靠,不过这种一个Block只存储一组数据的模式无法在相同的晶圆面积上实现较高的存储密度,存储容量提高完全依赖芯片工艺的提升。

  MLC故名思义在存储单元中实现多位存储能力,典型的是2bit。它通过不同级别的电压在一个单元中记录两组位信息(00、01、11、10),这样就可以将原本SLC的记录密度理论提升一倍。因为电压变化更频繁,所以MLC技术的Flash在寿命方面远劣于SLC,同时它的读写速度不如SLC,一个Block存储两组位数据,自然需要更长的时间,这里面还有电压控制、CRC写入方式等因素需要考虑。

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NADA Flash芯片

    显而易见,SLC在寿命和性能方面拥有独特的优势,不过需要更好的工艺制程才能拥有较大的容量。而MLC虽然在容量方面有先天的优势,但在速度和寿命方面存在先天的不足。这就区格了它们的应用,SLC用在不计成本追求速度和可靠性的企业级产品中,MLC更适合在消费级产品中部署。

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