2024-02-23
固態(tài)硬盤發(fā)展已經(jīng)進(jìn)入成熟期,速度變快的同時(shí)價(jià)格也越來越親民,但有的時(shí)候大家會(huì)發(fā)現(xiàn),同樣大小的固態(tài)硬盤,價(jià)格往往相差較大,甚至有的情況下存在數(shù)倍的差距,困擾之余也想知道到底什么原因造成這樣的情況,我們就來討論下這個(gè)問題。
眾所周知,固態(tài)硬盤主要由主控芯片,和閃存(FLASH)芯片構(gòu)成,閃存芯片負(fù)責(zé)存儲(chǔ)數(shù)據(jù),而主控芯片則負(fù)責(zé)管理。這其中,F(xiàn)LASH芯片本身往往決定了固態(tài)硬盤的容量、性能、價(jià)格等等。在價(jià)格方面,閃存芯片基本上會(huì)占到整個(gè)固態(tài)硬盤價(jià)格的80%以上,所以可以說閃存決定了固態(tài)硬盤絕大多數(shù)的相關(guān)指標(biāo),我們重點(diǎn)看看閃存芯片。
我們不想涉及太深的技術(shù)層面的東西,盡量用簡(jiǎn)單的角度來一些說明,閃存正式名稱是NAND FLASH,由浮柵MOSFET組成。MOSFET這個(gè)東西全稱也很長(zhǎng),我們不用關(guān)心,只須知道,它在數(shù)字電路中一般當(dāng)作開關(guān)來使用,在數(shù)字電路中應(yīng)用極廣泛。但它本身并不能在斷電后保持狀態(tài),所以也無(wú)法當(dāng)成存儲(chǔ)器來使用。于是有人天才地在MOSFET中增加了一個(gè)浮動(dòng)?xùn)艠O,用浮柵來鎖住電荷,在斷電后也能保持狀態(tài),所以,它構(gòu)成了FLASH存儲(chǔ)器的最基本單元。如下圖:
浮柵MOSFET構(gòu)成了閃存最基本的單元,擦除操作浮柵向下,以1來表示,(閃存不支持覆寫,寫入前必須先擦除);編程(寫操作)浮柵向上,以0來表示;斷電時(shí),浮柵保持位置,鎖住電荷;讀取時(shí)確定內(nèi)部電荷的多少來確定是1或0,這就是閃存的基本操作。
那么如何來確定存儲(chǔ)的是1,還是0呢,是以內(nèi)部電荷的多少,即電壓的高低來確定。寫操作,可以理解為是一個(gè)充電的過程,充電到一個(gè)合適的電壓值。
SLC單層存儲(chǔ)單元,代表二進(jìn)制的一位(1Bit),表示兩個(gè)值:1、0,電壓由低到高(從左到右),只需設(shè)置一個(gè)電壓判定點(diǎn),分成2個(gè)區(qū)域,電壓低于判定點(diǎn)(左),代表二進(jìn)制1;同理,電壓高于判定點(diǎn)(右),代表二進(jìn)制0。因?yàn)橹槐硎疽晃?,只有一個(gè)電壓判定點(diǎn),SLC結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單,執(zhí)行效率最高,速度最快,出錯(cuò)的機(jī)率也最低。
MLC雙層存儲(chǔ)單元,代表二進(jìn)制的兩位(2Bit),表示四個(gè)值:11、10、01、00,電壓由低到高(從左到右),需要設(shè)置三個(gè)電壓判定點(diǎn),分成4個(gè)區(qū)域,來分別代表11、10、01、00??梢钥吹?,基于同一個(gè)MOSFET,MLC結(jié)構(gòu)復(fù)雜很多,執(zhí)行效率也會(huì)低一些,速度也會(huì)稍慢,出錯(cuò)機(jī)率也增加。
TLC三層存儲(chǔ)單元,代表二進(jìn)制的三位(3Bit),更加復(fù)雜,同一個(gè)MOSFET,需要設(shè)置7個(gè)電壓判定點(diǎn),分成8個(gè)區(qū)域,電壓由低到高,來表示,111、110、101、100、011、010、001、000。
QLC四層存儲(chǔ)單元,代表二進(jìn)制的四位(4Bit),已經(jīng)到了非常復(fù)雜的程度,一個(gè)MOSFET,需要設(shè)置15個(gè)電壓判定點(diǎn),分成16個(gè)區(qū)域,依據(jù)電壓高低,來分別表示,1111、1110、1101、1100、1011、1010、1001、1000、0111、0110、0101、0100、0011、0010、0001、0000。
以上,同一MOSFET,可以做成1Bit、2Bit、3Bit、4Bit,相應(yīng)地,存儲(chǔ)的一個(gè)字節(jié)(BYTE),如果用SLC模式,需要使用8個(gè)MOSFET,如果使用QLC,則只需1個(gè)MOSFET,單從這個(gè)角度來看,可以大體認(rèn)為,同樣的容量的固態(tài)硬盤,采用SLC的價(jià)格是采用QLC的8倍,8倍已經(jīng)是一個(gè)非常懸殊的倍率,這就是為什么固態(tài)硬盤同樣容量?jī)r(jià)格懸殊的最重要的原因。
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