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速度容量寿命全提升!3D闪存技术解析
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昨天,存储大厂三星电子在首尔召开“2014三星固态硬盘全球峰会”,并发布了850 PRO固态硬盘(SSD)。该产品采用了三星电子独家专利3D V-NAND闪存技术,大大提升了产品的容量、速度和可靠性,那么3D V-NAND到底是什么意思呢?该技术有多么神奇能全方位提升SSD的实力,笔者尝试用浅显易懂的语言为大家解读一番。 相关评测:新极速霸主诞生 三星850 PRO首发评测
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与CPU/显卡类似,近年来SSD速度/容量的提升及成本的降低主要依靠制造工艺的进步,更先进的工艺能显著缩减NAND Flash芯片逻辑单元的尺寸,从而在同一块晶圆上切割出更多的芯片,并显著增加芯片容量。
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但随着工艺的进步,对于存储芯片来说,更为致命的问题就是:工艺越先进Flash芯片的性能就越差,因为在相同的空间内要针对更多单元做充放电的动作电荷干扰很严重,完成数据读写的延时就变大,数据处理时的错误率也较高 而芯片的可擦写次数从50nm的1万次降到了34nm的5千次,2Xnm则是3千次
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三星非常形象的将CELL(存储单元)比作一户 人家,随着工艺的进步,CELL的居住密度越来 越大,蜗居之间的“公摊面积”越来小,很容易 出现纠纷,闹得鸡犬不宁……
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既然传统的平房无法解决CELL之间公摊面积太小的问题,何不兴建高楼大厦呢? 于是,3D V-NAND技术闪亮登场!3D是指立体存储,V指的是垂直存储。 3D V-NAND不再贸然使用新工艺来缩小CELL单元,而是选择了堆叠更多层数 这就和高楼大厦一个道理,可以居住更多户人,而且可以保证足够的公摊面积
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前面提到了,3D V-NAND技术分为两部分,3D(立体)化和V(垂直)堆叠化 首先来看看3D化的含义: NAND使用的是浮栅极MOSFET,电子储存在栅极中,每次写入都会消耗栅极中 的电子,一旦电子用光那就寿终正寝了 三星放弃了传统的浮栅极结构,而是选择了用控制栅极和绝缘层将MOSFET环形 包裹起来。这种3D环形结构设计提升了储存电荷的的物理区域,从而提高性能 和可靠性。
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当CELL单元被3D之后,就可以在垂直方向无限堆叠,那就没有继续缩小晶体 管的压力了,所以三星可以使用相对较早的工艺来生产3D V-NAND闪存 除了在垂直方向无限堆叠外,三星依然可以等新工艺成熟之后,进一步提高存储 密度,目前三星使用的是较早的3Xnm级别工艺,寿命和性能都得到了充分保证 09年技术还不成熟,只能修两层楼,11年修了8层,13年24层,14年32层…… 也就是说,3D V-NAND技术为未来SSD的发展开辟非常广阔的空间!
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这张图可以非常直观的看到3D V-NAND在提升SSD容量方面的优势 被动等待工艺制程的更新,容量提升非常有限,而且要付出性能寿命下降的代价
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栅极间更大的接触面积带来了更低的延迟和更高的指令运行效率 垂直堆叠的CELL单元也降低了编程的难度,有助于降低能耗 850PRO无论待机还是活动能耗相比840PRO都下降不少,这并非是工艺的功劳
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三星放弃了传统的浮栅极MOSFET,改用自家的电荷撷取闪存(Charge Trap Flash,简称CTF)设计。将电荷是储存在大面积的绝缘层而非之前的导体上的 这样就大大降低了写入时的电荷消耗,寿命大幅提升,理论上已经超越了SLC
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值得一提的是迪拜塔也是三星集团建造的…… 莫非3D V-NAND的设计灵感就来自迪拜塔? 三星打算在3年后将3D V-NAND堆到100层 也就是说SSD的容量将会逐年成倍增长 今天发布的850PRO只是个开始 它的性能受限于SATA3接口未能完全发挥 当3D V-NAND遇上NVMe将会碰出什么火花 让我们拭目以待! 相关评测:新极速霸主诞生 三星850 PRO首发评测

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