SSD知识-介质详解：深入理解NAND Flash与NOR Flash

 

• 内容侧重： 对应你的“闪存颗粒”部分。

• 写什么：

  • SLC/MLC/TLC/QLC 的区别与寿命（PE次数）。

  • 关键差异： NAND（大容量数据存储）vs NOR（快速随机读取，常用于BIOS/启动）的结构差异（串联/并联）。

  • 3D NAND 堆叠技术（层数对性能的影响）。

• 核心痛点： 帮读者理解为什么SSD会有“写入放大”，物理特性是如何限制逻辑性能的。

点名作用： NAND是SSD的"仓库"，NOR是"指令簿"。本章讲清楚电荷如何被锁在浮栅晶体管里，以及为什么NAND只能按块擦除、按页读写——这是后面所有FTL和GC算法设计的物理约束前提。

一、常见存储介质

存储介质（Storage Medium）是指用于存放数据的物理实体，通过记录、保存和读取数据的物理状态（如磁化方向、电荷状态、光反射率等）来实现信息的存储。

磁性存储介质 （Magnetic Storage）	原理：利用磁场的方向读写数据。 代表：机械硬盘（HDD）、磁带、软盘、磁卡等。 特点：容量大、成本相对较低，但存在机械部件，读写速度相对较慢，且怕震动。
光学存储介质 （Optical Storage）	原理：利用激光在介质表面烧蚀或改变反射率（如烧录前后的折射率差异）来记录数据。 代表：光盘（CD、DVD、蓝光光盘BD）、磁光盘（MO）等。 特点：便携、保存时间长、成本较低，但读写速度相对较慢，且对物理刮擦较敏感。
电存储/半导体存储介质 Solid State/Semiconductor Storage	原理：利用半导体电路（如浮栅晶体管）的充放电状态（通断）来记录数据，无机械部件。 代表：固态硬盘（SSD）、U盘、存储卡（SD卡、CF卡等）、手机内置闪存（eMMC）等。 特点：读写速度快、抗震、静音、功耗低，但单位容量成本相对较高，存在写入寿命限制。
半导体存储-易失性 易失-Volatile：断电后数据丢失	RAM、Random Access Memory：随机存取存储器，比如手机的运行内存-16GB 特点：可以随时读写，而且速度很快 SRAM：静态，速度快，但贵，做CPU缓存 DRAM：动态，需刷新，做手机内存
半导体存储-非易失 非易失、Non-Volatile	ROM、read-only memory：只读存储器，比如手机的存储容量-256GB（存储照片） 只读：由于历史原因叫只读，实际现在是可读可写 PROM、Programmable ROM、可编程ROM（只能编程1次） EPROM、Erasable Programmable ROM：可擦写可编程ROM EEPROM、Electrically Erasable Programmable ROM：带电可擦写可编程ROM EEPROM按字节擦写：灵活但慢 FlashROM：基于Flash实现的ROM Flash按块（Block）擦写：所以Flash更快、更适合大容量存储。 手机UFS芯片中的核心存储介质就是NAND Flash ROM Flash、闪存：一种存储技术 NOR Flash：读取速度快，程序可以直接在芯片上运行（为了“跑代码”） 缺点：写入和擦除速度慢，容量小，成本高 NOR是并联结构：随着容量增加，布线复杂度暴增 应用场景：适合存储少量、需要快速启动的关键代码 举例：BIOS、Bootloader引导程序、嵌入式固件 NAND Flash：写入和擦除速度极快，成本低，容量可以做得非常大（为了“存数据”） 应用场景：存储用户数据（照片、视频、APP等） NAND是串联结构：适合大容量 举例：U盘、SSD、手机存储（UFS/eMMC） 2D NAND、平面闪存：在芯片表面横向平面排列 存储单元（容易被面积限制） 3D NAND、立体闪存：在芯片内部按照三维立体模式堆叠存储单元（单位面积容量更大） 比拼堆叠层数：堆叠层数越高，存储芯片的容量越大、性能就越好

 二、存储单元基础：浮栅晶体管 (Floating Gate Transistor)

浮栅晶体管由控制栅 (CG)、浮栅 (FG)，源极 (S)、漏极 (D) 和衬底（P）组成。

写入\编程	往控制栅加大电压，将源级的电荷（电子）吸入浮栅，电荷被锁在氧化层中，即使断电也不会丢失。 浮栅上方为氧化层：可锁住电荷（电子） 浮栅下方为隧道氧化层：可通过隧穿效应通过电荷（电子） 为什么会有磨损、寿命限制：隧穿效应会对氧化层造成不可逆的物理损伤
擦除	往衬底加大电压，将浮栅中的电荷（电子）吸出来 电荷（电子）数量少：判断为1，处于擦除状态
读取	往控制栅施加小电压，通过检测晶体管是否导通来判断0或1（源级和漏极是否导通） 浮栅中是否有电荷，晶体管的阈值电压 (Vth) 会发生变化 阈值电压 (Vth) ：在控制极施加大于阈值电压的电压，晶体管导通 存的电子越多，就要在控制极加更大的电压，源极和漏极之间才能通电。 在控制极上一个中间电压，比如0.3V（假如能导通，说明电子数少，判断为1） 电子数少：只需要 0.1V 就能导通（假设） 电子数多：需要 0.5V 才能导通（假设） 读取时用的电压很小，不足以破坏绝缘层，几乎不伤寿命

三、NAND Flash的层级组织

• 层级关系图：封装 (Package) → 晶圆 (Die\Lun) → 平面 (Plane) → 块 (Block) → 页 (Page) → 存储单元 (Cell)

  • 页 (Page)：读写的最小单位。大小通常为 4KB、8KB 或 16KB。
    
    • 公司内部使用tu字段：包含Plane、Page信息
  • 块 (Block)：擦除的最小单位。一个块包含多个页（如256页或512页），大小通常为几MB。
  • 无法覆盖写：修改一个页里的一部分数据
    • 必须先把整个块（包含该页）读出来，在内存里修改
    • 然后擦除整个块，最后再把整个块的数据写回去

四、NAND的四种分类与演进