3.3.1 闪存基础原理:为什么会写入次数限制
这一节我们主要来看有关闪存芯片的问题。
目前SSD所用的闪存主要是NAND类型,早前还有一种叫做NOR的闪存,最早是由Intel在1988年开发出来的,曾经在手机内存中大行其道,而NAND闪存则是东芝在1989年提出来的,两种类型的闪存争夺战中最终由NAND闪存胜出,Intel不得不把NOR闪存部分卖给美光转而投身NAND阵营,现在Intel的闪存无论性能还是口碑都不输东芝,甚至还能反超。
由于NOR事实上是明日黄花,这里也不需大幅描述它与NAND的差异了,只要知道几点就够了:NOR闪存是芯片内执行(eXecute In Place),程序可以在闪存中直接执行而无需再入到系统内存中,而且可以字节数(byte)为单位读写,但是擦除和写入速度比较慢,容量密度低,反观NAND,存储密度高,写入和擦除速度更快,虽然写入速度可以page为单位,但是擦除必须以block为单位。
NOR与NAND闪存优缺点比较
就是这样,NAND在成本、写入速度、容量等重要方面优于NOR闪存,最终成为赢家,不只是在SSD中全面开花,其他闪盘、手机内存等领域中也是NAND为主。
NAND,包括前面的NOR闪存本质上都是Floating Gate MOSFET(浮栅极-金属氧化物半导体场效应管),也是利用通电与否代表计算机可识别的1、0状态。
加电瞬间会产生强大的电场(大于1000万 vt/cm),这么强的电场会破坏隧道氧化层的原子结合,脱离的电子就会上升到浮栅极上以形成电位变化,断电之后电子还会恢复正常位置,这样反复的断电-加压就形成了不同的电位信号。
NAND的工作循环过程
加电的过程等同于HDD硬盘的数据写入操作,它被成为“Program(编程)”,断电的过程电位恢复,这相当于HDD硬盘的擦除数据,这里成为“Erase(擦除)”,完整的一次P/E循环就是NAND的写入循环,从这里也可以看出SSD要想写入数据就需要恢复默认电位,也就是以“擦除”为前提,这个特性决定了SSD的数据写入方式,也会带来其他的一系列问题。
最直接的影响就是SSD寿命,因为P/E循环次数是有限的,浮栅极不像HDD的GMR(巨磁阻尼)效应那样是永久的,存在次数限制。