深入探索固態硬盤閃存顆粒：絕非正片白片那麼簡單

深入瞭解一塊固態硬盤一定離不開拆解，而在打開外殼之後我們看到的黑色閃存顆粒內部，還有很多大眾不瞭解的技術，並不是簡單的正片/白片就能說完的。

小編今天拆開了東芝原廠TR200 480GB固態硬盤，它使用東芝原廠TH58TFT1T23BA8K閃存顆粒，480GB容量只用2顆就好。每個閃存顆粒內都封裝了4個東芝BiCS3閃存die，容量256GB，兩顆就是512GB，扣除擁有優化性能和壽命的二級OP預留空間之後，就形成了480GB的容量。

不光大力可以出奇跡，高電壓也可以

在很多朋友的認識當中，固態硬盤使用5V或3.3V（M.2接口）電壓，是一個只愛低電壓的低功耗電腦部件。不過在閃存密密麻麻的觸點（別數了，一共152個）之中，有一個特別扎眼的12V高電壓輸入：Vpp。

閃存為什麼會用到12V這樣的高電壓呢？其實這也是為了提升電源效率。固態硬盤中使用的NAND閃存由東芝在1987年發明，它使用FT或CT結構來存儲電子，通過電子的多寡來表達其中的數據內容。現在的3D閃存結構也不例外，下圖是東芝BiCS閃存示意圖。

既然要保存電子，自然有移動電子進出FT/CT層的需求。這個移入（寫入數據）和移出（擦除閃存）的過程需要較高的電壓來實現隧道效應，為閃存引入12V供電要比使用閃存的Vcc電壓（通常在1.8V-3.3V左右）進行升壓轉換的效率要高的多。

Vpp高電壓輸入是一個可選項，沒有它的幫助閃存也能正常工作。不過Vpp的引入提高了閃存的電源使用效率，降低功耗並可能在一些情況下增進性能。

讀取優先就是體驗優先

在城市中我們經常能看到"公交優先就是人民優先"的標語。公交車專用道等公共交通便利措施保障了人們乘坐公共交通出行的便利性。對於手機和家用電腦硬盤而言，寫入操作通常可以比較容易的被緩存並延後執行，而讀取請求往往需要立即得到響應，否則用戶就會感覺到程序打開慢、運行卡頓。

NAND閃存的特性決定了它讀取速度最快（幾十微秒）、寫入速度次之（毫秒級），而擦除速度最慢（10毫秒級）。雖然固態硬盤有很多個閃存通道，但閃存單元並不能同時執行讀寫和擦除，所以東芝就設計了一套"讀取優先"體系，讓寫入操作在必要的時候先給讀取操作讓道，即Program-Suspend編程暫停功能。

在寫入操作恢復執行的同時，優先完成的讀取命令開始將讀出的數據回傳，從而讓兩個原本不能同時執行的指令在一定程度上實現了同步，讀取的延遲也得到了大幅降低，保障了固態硬盤的用戶使用體驗（等待時間從若干毫秒降低到只需幾十微秒）。

擦除靠後帶來效率提升

開車的朋友都有這樣的體驗：公路上的大貨車速度慢、體型大，如果它們不靠右行駛主動讓行的話，會令整個公路的通行效率大幅下降。在閃存當中，擦除操作就是那個會影響效率的"大貨車"。

東芝在1987年發明NAND閃存時確立了它的一個特性：閃存單元必須先擦除才能寫入。讀取以Page（現在通常為16KB）為單位，擦除則以Block（通常超過10MB）為單位。擦除遠比讀取和寫入操作更為耗時，但卻是閃存工作當中一個不能跳過的步驟。

東芝在2011年就給閃存引入了Erase-Suspend擦除暫停功能，主控可以通過該指令讓閃存暫緩執行擦除操作，優先完成讀取或寫入指令。

在擦除操作恢復執行的同時，讀取的數據可以同時完成傳輸，達成一心二用性能自然飛昇。

以上就是存儲極客對閃存技術的一些介紹，看完這些大家是不是也會感覺閃存是一件了不起的發明呢？手機、電腦存儲的大容量化發展，都離不開它的技術進步。