2024-02-23
固態(tài)硬盤發(fā)展已經進入成熟期,速度變快的同時價格也越來越親民,但有的時候大家會發(fā)現(xiàn),同樣大小的固態(tài)硬盤,價格往往相差較大,甚至有的情況下存在數倍的差距,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)芯片構成,閃存芯片負責存儲數據,而主控芯片則負責管理。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、價格等等。在價格方面,閃存芯片基本上會占到整個固態(tài)硬盤價格的80%以上,所以可以說閃存決定了固態(tài)硬盤絕大多數的相關指標,我們重點看看閃存芯片。
我們不想涉及太深的技術層面的東西,盡量用簡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這個東西全稱也很長,我們不用關心,只須知道,它在數字電路中一般當作開關來使用,在數字電路中應用極廣泛。但它本身并不能在斷電后保持狀態(tài),所以也無法當成存儲器來使用。于是有人天才地在MOSFET中增加了一個浮動柵極,用浮柵來鎖住電荷,在斷電后也能保持狀態(tài),所以,它構成了FLASH存儲器的最基本單元。如下圖:
浮柵MOSFET構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,浮柵保持位置,鎖住電荷;讀取時確定內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的是1,還是0呢,是以內部電荷的多少,即電壓的高低來確定。寫操作,可以理解為是一個充電的過程,充電到一個合適的電壓值。
SLC單層存儲單元,代表二進制的一位(1Bit),表示兩個值:1、0,電壓由低到高(從左到右),只需設置一個電壓判定點,分成2個區(qū)域,電壓低于判定點(左),代表二進制1;同理,電壓高于判定點(右),代表二進制0。因為只表示一位,只有一個電壓判定點,SLC結構最簡單,執(zhí)行效率最高,速度最快,出錯的機率也最低。
MLC雙層存儲單元,代表二進制的兩位(2Bit),表示四個值:11、10、01、00,電壓由低到高(從左到右),需要設置三個電壓判定點,分成4個區(qū)域,來分別代表11、10、01、00??梢钥吹剑谕粋€MOSFET,MLC結構復雜很多,執(zhí)行效率也會低一些,速度也會稍慢,出錯機率也增加。
TLC三層存儲單元,代表二進制的三位(3Bit),更加復雜,同一個MOSFET,需要設置7個電壓判定點,分成8個區(qū)域,電壓由低到高,來表示,111、110、101、100、011、010、001、000。
QLC四層存儲單元,代表二進制的四位(4Bit),已經到了非常復雜的程度,一個MOSFET,需要設置15個電壓判定點,分成16個區(qū)域,依據電壓高低,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,相應地,存儲的一個字節(jié)(BYTE),如果用SLC模式,需要使用8個MOSFET,如果使用QLC,則只需1個MOSFET,單從這個角度來看,可以大體認為,同樣的容量的固態(tài)硬盤,采用SLC的價格是采用QLC的8倍,8倍已經是一個非常懸殊的倍率,這就是為什么固態(tài)硬盤同樣容量價格懸殊的最重要的原因。
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