2024-02-23
固態(tài)硬盤(pán)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(lái)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(pán)，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(lái)討論下這個(gè)問(wèn)題。
眾所周知，固態(tài)硬盤(pán)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(pán)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(pán)價(jià)格的80%以上，所以可以說(shuō)閃存決定了固態(tài)硬盤(pán)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(lái)一些說(shuō)明，閃存正式名稱(chēng)是NAND FLASH，由浮柵MOSFET組成。MOSFET這個(gè)東西全稱(chēng)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(kāi)關(guān)來(lái)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(lái)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(lái)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(lái)表示，(閃存不支持覆寫(xiě)，寫(xiě)入前必須先擦除);編程(寫(xiě)操作)浮柵向上，以0來(lái)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(lái)確定是1或0，這就是閃存的基本操作。
那么如何來(lái)確定存儲(chǔ)的是1，還是0呢，是以?xún)?nèi)部電荷的多少，即電壓的高低來(lái)確定。寫(xiě)操作，可以理解為是一個(gè)充電的過(guò)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(lái)分別代表11、10、01、00?？梢钥吹剑谕粋€(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(lái)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(lái)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(lái)看，可以大體認(rèn)為，同樣的容量的固態(tài)硬盤(pán)，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(pán)同樣容量?jī)r(jià)格懸殊的最重要的原因。
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