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小讲堂03:固态硬盘价格的小秘密(一)

返回列表 来源: 发布日期: 2019.03.28

固态硬盘发展已经进入成熟期,速度变快的同时价格也越来越亲民,但有的时候大家会发现,同样大小的固态硬盘,价格往往相差较大,甚至有的情况下存在数倍的差距,困扰之余也想知道到底什么原因造成这样的情况,我们就来讨论下这个问题。

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众所周知,固态硬盘主要由主控芯片,和闪存(FLASH)芯片构成,闪存芯片负责存储数据,而主控芯片则负责管理。这其中,FLASH芯片本身往往决定了固态硬盘的容量、性能、价格等等。在价格方面,闪存芯片基本上会占到整个固态硬盘价格的80%以上,所以可以说闪存决定了固态硬盘绝大多数的相关指标,我们重点看看闪存芯片。

我们不想涉及太深的技术层面的东西,尽量用简单的角度来一些说明,闪存正式名称是NAND FLASH,由浮栅MOSFET组成。MOSFET这个东西全称也很长,我们不用关心,只须知道,它在数字电路中一般当作开关来使用,在数字电路中应用极广泛。但它本身并不能在断电后保持状态,所以也无法当成存储器来使用。于是有人天才地在MOSFET中增加了一个浮动栅极,用浮栅来锁住电荷,在断电后也能保持状态,所以,它构成了FLASH存储器的最基本单元。如下图:

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浮栅MOSFET构成了闪存最基本的单元,擦除操作浮栅向下,以1来表示,(闪存不支持覆写,写入前必须先擦除);编程(写操作)浮栅向上,以0来表示;断电时,浮栅保持位置,锁住电荷;读取时确定内部电荷的多少来确定是1或0,这就是闪存的基本操作。

那么如何来确定存储的是1,还是0呢,是以内部电荷的多少,即电压的高低来确定。写操作,可以理解为是一个充电的过程,充电到一个合适的电压值。

0002

SLC单层存储单元,代表二进制的一位(1Bit),表示两个值:1、0,电压由低到高(从左到右),只需设置一个电压判定点,分成2个区域,电压低于判定点(左),代表二进制1;同理,电压高于判定点(右),代表二进制0。因为只表示一位,只有一个电压判定点,SLC结构最简单,执行效率最高,速度最快,出错的机率也最低。

0003

MLC双层存储单元,代表二进制的两位(2Bit),表示四个值:11、10、01、00,电压由低到高(从左到右),需要设置三个电压判定点,分成4个区域,来分别代表11、10、01、00。可以看到,基于同一个MOSFET,MLC结构复杂很多,执行效率也会低一些,速度也会稍慢,出错机率也增加。

TLC三层存储单元,代表二进制的三位(3Bit),更加复杂,同一个MOSFET,需要设置7个电压判定点,分成8个区域,电压由低到高,来表示,111、110、101、100、011、010、001、000。

QLC四层存储单元,代表二进制的四位(4Bit),已经到了非常复杂的程度,一个MOSFET,需要设置15个电压判定点,分成16个区域,依据电压高低,来分别表示,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,相应地,存储的一个字节(BYTE),如果用SLC模式,需要使用8个MOSFET,如果使用QLC,则只需1个MOSFET,单从这个角度来看,可以大体认为,同样的容量的固态硬盘,采用SLC的价格是采用QLC的8倍,8倍已经是一个非常悬殊的倍率,这就是为什么固态硬盘同样容量价格悬殊的最重要的原因。

下面是SLC及MLC闪存的实物照片:

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睿达(Agrade) ST50 V2.0 128GB _  采用 INTEL 29F64B08PCME1 64GB MLC闪存

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睿达(Agrade) AC30 2GB _  采用 TOSHIBA TC58NVG4S2FTA00 2GB SLC闪存


这一篇我们初步认识了SLC到QLC的结构,了解了它们之间的价格方面的区别,下一篇我们再探讨,它们之间其它方面的区别,以及由此引出的不用用途客户如何选择适合的固态硬盘。


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