聊一聊固态硬盘的那些事

不念不忘少年蓝@ 2024-04-07 13:03 67阅读 0赞

#### 文章目录 ####

*  补课环节
 *   *  擦写次数/寿命
     *  原片、白片、黑片
     *  总结
     *  固态硬盘主控
     *   *  主控的作用
 *  闪存颗粒类型分类详解
 *   *  SLC Single-Level Cell——单层单元
     *  MLC Multi-Level Cell——双层单元
     *  TLC Trinary-Level Cell——三层存储单元
     *  QLC Quad-Level Cell——四层存储单元
 *  颗粒避坑
 *   *  原厂颗粒
     *  白片【非实物颜色】
     *  黑片【非实物颜色】
     *  其他类型
     *  拆机片
     *  划线片
     *  打磨片

## 补课环节 ##

*  本环节可以先跳过，当你迷惑不解时，可以再来细看本部分。

### 擦写次数/寿命 ###

*  所谓寿命，即理想状态下的擦写次数的阈值。
 *  ssd固态硬盘 为什么有擦写次数的限制？原理是什么？
 *  专业的解答
    
     *  这个问题，要从SSD盘的结构说起。其由控制单元（主控芯片）和存储单元（闪存芯片）两部分组成。而影响写入寿命问题，就出在闪存器件上。
        
         *  闪存存储单元的物理结构中，用氧化物创建一个电场，电子穿过氧化物并储存电荷，记录一个电位值，即写入1位数据，擦除数据会向相反方向发生同样事件。问题是电子穿过氧化物的次数越多，氧化膜就会变的越弱，最终电场也不能阻止电子的自由活动了，这个单元就损坏了。
         *  因此，写和擦都是会减少氧化膜的寿命的，制造工艺又限制了该膜的厚度，其存储单元的寿命由此而来。理论值，SLC闪存擦写寿命10万次；MLC闪存擦写寿命1万次；TLC闪存擦写寿命500~1500次。
 *  通俗的解答
    
     *  单元存储颗粒，你用多了，可能就消磁了，或者介质疲劳损坏了\[可以理解为，就像是轮胎那样磨损了。
     *  一个单元颗粒，可以擦写1000次； 利用这些个单元颗粒，组成了100G的硬盘；当你正好写入100G的数据的时候，这个100G的硬盘，正好每个颗粒 被擦写了1次。
     *  个人的SSD硬盘，如果每天能写满100G，那1000次的颗粒硬盘，可以用1000天。
     *  平时我们的SSD，写入是非常少的，为了保证每个颗粒的使用频度；SSD有一套均衡机制，保证每个颗粒都能被使用到，而且尽可能的使用的平均。即使硬盘有些数据是始终只读的，在其它颗粒被频繁使用后，调度也会做出数据迁移，保证每个颗粒的平均使用度。
     *  所以一个固态硬盘，用个5、6年基本没问题

### 原片、白片、黑片 ###

*  “白片”是一种很通俗的叫法（半导体界），并没有太专业化的定义。
 *  先从一片完整的晶圆（Wafer）说起：  
    ![在这里插入图片描述][20473694ee2348b08c840442cc9164c2.png]
 *  wafer 即为图片所示的晶圆，由高纯硅（Si）构成。一般分为6英寸、8英寸、12英寸规格不等，晶片就是基于这个wafer上生产出来的。Wafer上的一个小块，就是一个晶片晶圆体，学名die，封装后就成为一个颗粒。一片载有Nand Flash晶圆的wafer，wafer首先经过切割，然后测试，将***完好的、稳定的、足容量的die取下，封装形成日常所见的Nand Flash芯片***。那么，在wafer上剩余的，要不就是不稳定，要不就是部分损坏所以不足容量，要不就是完全损坏。原厂考虑到质量保证，会将这种die宣布死亡，严格定义为废品全部报废处理  
    ![在这里插入图片描述][e177f570059a48209d13328d81b18049.png]
 *  品质合格的die切割下去后，原来的晶圆就成了下图的样子，就是挑剩下的Downgrade Flash Wafer(“黑片“就是从这里来的）。  
    ![在这里插入图片描述][56f1dd8712a34e4389fd72a7fe6d9f82.png]
 *  被抠走的部分，也就是***黑色的部分，是合格的die，会被原厂封装制作为成品NAND颗粒***，而不***合格的部分，也就是图中留下的部分则当做废品处理掉。***
 *  所以，***原片是价格较高的产品，而黑片因为被当做垃圾，出售价格非常低，是按照吨计算的。***
 *  其实\*\*\*白片就是封装后的原片中再检测到有瑕疵的颗粒，然后淘汰下来的垃圾。【颗粒的激光表上会有数道划痕】\*\*\*正品的NAND中是不能有白片的。但晶圆厂为了回收一部分制造成本，也会将未打标的颗粒白片出售给下游渠道，然后这些渠道再将白片上打上其他标识出售。

### 总结 ###

*  黑片与白片其实都是芯片制造过程中产生原片时的边角料，黑片是在原料阶段就被淘汰的部分，白片则是成品后再检测不合格的瑕疵品。

### 固态硬盘主控 ###

*  ***固态硬盘的组成其实很简单，主控、闪存颗粒、缓存三者的集合体***，**缓存根据产品定位可有可无**。  
    ![在这里插入图片描述][1b6d1a7263f04964a3a77cbbf6282aa7.png]
 *  固态硬盘***最重要的就是主控和闪存颗粒***。
 *  其中***闪存颗粒负责存储信息，成本占整体的70%以上***。
 *  ***主控则是技术含量最高，是一个微处理器【就像是我们所熟悉的CPU】负责调配处理数据的存储等。***

#### 主控的作用 ####

*  主控首先就是一个执行固件代码的嵌入式处理器，用来控制闪存颗粒的存储单元连接到电脑。其具体的作用表现在以下三点：  
    \- 合理调配数据在各个闪存芯片上的负荷，让所有的闪存颗粒都在一定的负荷下正常工作，协调和维护不同区块颗粒的协作，减少单个芯片的过度磨损。
    
     *  承担数据中转，负责连接闪存芯片和外部的SATA接口
     *  负责固态硬盘内部的各项指令，比如trim、错误检查和纠正、磨损均衡、垃圾回收、加密等。

## 闪存颗粒类型分类详解 ##

![在这里插入图片描述][9e6fa3f0dc024dcfb9fdfe6159a9366f.png]

*  固态硬盘最终的参数之一是闪存颗粒类型
 *  闪存颗粒固态硬盘用来存储数据的东西
 *  闪存颗粒的类型
 *  根据NAND闪存中电子单元密度的差异，可分为
 *  固态硬盘依靠闪存芯片来存储数据，里面存放数据最小单位叫作“Cell”，SLC每个cell可以存放1bit数据，MLC每个cell可以放2bit数据，TLC每个cell可以存放3bit数据，而QLC可以存放4bit数据。  
    ![在这里插入图片描述][cf247471e8b949a8b550dd2c44981ad1.png]
 *  我们将芯片可以看做一张画满格子的纸张，cell相当于纸张上的一个个的格子，数据看做是一个黄豆。也就是说，SLC方案每个格子中只能放入一颗黄豆，所以存储空间较小，MLC方案每个格子可以放入两颗黄豆，TCL方案每个格子可以放入三颗黄豆，而QLC方案每个格子可以存放四个黄豆，成本不变的情况下，存储空间较大。要知道这个纸张（芯片晶圆）价格也十分昂贵的，也就是说同样的晶圆如果做成SLC只有128G，做成MLC就有256G了，做成TLC的话变成512G，而做成QLC我们可以做成更大容量，而成本是相同的。  
    ![在这里插入图片描述][b2c3b97e590845a5a03c6d348e38451d.png]

### SLC Single-Level Cell——单层单元 ###

![在这里插入图片描述][de554355ae9e4ce981342751e486330f.png]

- 1bit/一单元
    - 查找数据，效率高

*  优点
    
     *  读写速度最快的闪存芯片
     *  与任何其他类型的闪存相比
     *  ***擦写寿命***和读写循环的周期最长
     *  读取/写入错误的发生几率更小
     *  可在跨度更大的温度范围内正常运
 *  缺点
    
     *  一般存储容量小，并且价格昂贵

### MLC Multi-Level Cell——双层单元 ###

![在这里插入图片描述][77b53b708edb44c480287dd2275dd4a8.png]

- 2bit/一单元
    - 优点
    	- 寿命长
    	- 表现好
    - 缺点
    	- 不如SLC
    	- 价格略贵

### TLC Trinary-Level Cell——三层存储单元 ###

![在这里插入图片描述][b3f4e31014194b6ba1fb1905b9afe81b.png]

- 1bit/一单元  
    - 优点
    	- 性价比高
    	- 成本低，价格便宜
    - 缺点
    	- 性能较差
    	- 寿命短

### QLC Quad-Level Cell——四层存储单元 ###

![在这里插入图片描述][bddd4158803e415381cde989a793abc3.png]  
\- 优点  
\- 4bit/单元  
\- 性价比高、实惠  
\- 缺点  
\- QLC的性能和写入寿命低。  
\- 比较适合把QLC SSD作为数据仓库的用户。  
![在这里插入图片描述][0c36914ff3134b2fbc83375ee2176955.png]

## 颗粒避坑 ##

颗粒又有原厂颗粒，白片颗粒、黑片颗粒之分  
![在这里插入图片描述][7f3d0601c8b644bc8c36941fba7f65fa.png]

### 原厂颗粒 ###

*  能自主生产颗粒的厂家生产的颗粒
 *  如：  
    ![在这里插入图片描述][2cbe0d30e5c5447c977b16b076948b49.png]

### 白片【非实物颜色】 ###

*  原厂检验不合格的瑕批品
 *  第三方厂商从生产颗粒的厂商购买晶圆回来自己检测、封装并且打标的颗粒
 *  成本较低，相较于原厂颗粒素质稍差

### 黑片【非实物颜色】 ###

*  几乎报废的产品颗粒流入下游山寨厂商手中
 *  封装工艺较差，这类颗粒往往封装非常粗糙和白片以及原厂片有非常明显的差距
 *  大部分没有标识

### 其他类型 ###

![在这里插入图片描述][12b7011472ea4148bd0beebfc1a7ca43.png]

*  工程片
    
     *  颗粒的后缓都会有一个ES的标志质量跟白片差不多
     *  需要注意颗粒的批次，如果批次不同可能时东拼西凑的二手产品  
        ![在这里插入图片描述][1fa308d08e9342d49e979297b079470e.png]

### 拆机片 ###

-  旧硬盘拆卸得来，东拼西凑的颗粒。
    - 寿命不一，主控无法辨别，性能差，故障率极高
    - 因为其工作电压不同，性能大大折扣

![在这里插入图片描述][d2404414a0bf4cc981e8c7e776977e16.png]

### 划线片 ###

![在这里插入图片描述][d459632242ea4d01a4e152216e1b8ad2.png]

*  颗粒的激光表上有数道划痕
 *  被生产厂商认定为报废的产品
 *  质量很差

### 打磨片 ###

![在这里插入图片描述][e30fa6ae21684a63a4869560b0813576.png]

*  卖家或者山寨厂商未被发现售卖报废品，打磨掉黑片或者划线片上的标志
 *  重新自己打印，容易识别

![请添加图片描述][bdb6ffa15f91433791ddfd501d1c3908.gif]

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