NAND Flash

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在目前的固态硬盘，现在最常用的是NAND闪存介质，这是一种非易失存储介质。

NAND闪存介质的基本存储单元（Cell）是一种浮栅晶体管，我们对该晶体管的写操作即为使电子进入浮栅极，而擦除操作正好相反，把电子从浮栅极中吸出来。通过电子数量的多少，我们能够控制精细该存储单元中的电压值，从而使用该值对信息进行编码。

基于该原理，我们可以了解到NAND闪存介质存在的以下特点：

  1. 不能覆写，必须先擦除才能写。 前面已经提到了，NAND闪存介质中的Cell只有写操作和擦除操作，而擦除操作意味着将之前写入的信息全部清空，如果要实现修改操作，需要先擦除再写新值。（这样的修改操作性能会很差，所以实际上的SSD并不会这样实现修改）
  2. 寿命有限，一块闪存芯片仅能写入有限次就会报废。这个也是NAND闪存介质的特性。
  3. 可能比特翻转/长时间不通电数据可能丢失。

NAND闪存介质的分类

我们可以通过Cell中的电压值对信息进行编码，为了进一步提升其中存储的信息密度，如今的Cell已经从仅编码一个bit的SLC发展到现在能编码4个bit的QLC了。

图源

提升信息的编码密度带来的代价就是，为了实现更加精细的电压调控，NAND闪存介质的写入性能和寿命将会受到影响。

（图源《深入浅出SSD》P16）

可以看到，存储密度最小的SLC，无论是性能还是寿命，都要比MLC、TLC要更好。这也是分层存储体系的体现。空间、性能永远无法兼顾。

参考资料

  1. 《深入浅出SSD》第三章
  2. wiki

提到本笔记的相关内容

Solid-State Drive
固态硬盘（Solid-State Drive，SSD）是一种使用集成电路设计制作的存储设备。SSD中没有可活动的机械部件，这是SSD与HDD在概念上的重要区别。固态硬盘中一般使用闪存（特别是[[NAND Flash]]）作为一种非易失存储介质，其具有非常好的随机读写能力，但同时也由于闪存本身具有的特性带来一些问题。因此基于闪存的存储设备还需要在其上增加一层[[Flash Tranlation Layer]]来更加充分利用闪存的性能以及在读写闪存过程中实现磨损均衡、数据纠错、坏块管理等。
Flash Tranlation Layer
FTL是[[Solid-State Drive|SSD]]中的核心，其负责将主机访问SSD的逻辑地址转换成SSD上真实的闪存物理地址，是[[NAND Flash]]与上层应用之间的一个中间层。上层应用通过LBA（Logical Block Address，逻辑块地址）读写SSD，SSD将LBA翻译成实际的物理地址从而对闪存进行读写，并通过修改映射关系与移动数据实现磨损均衡、坏块管理、数据保持、垃圾回收等功能。

笔记连接图