固态硬盘对于用户或者企业来说，需求是不一样的，普通用户需求是快，企业需求是稳定，所以，分为企业级和消费级固态硬盘。然而两者最没有区别的是存储介质，即NAND Flash。今天的主角就是NAND Flash，闲话少说，下面让我们走进NAND Flash。
NAND Flash的由来
NAND Flash即闪存，1989年，东芝公司发表了NAND Flash结构，强调降低每比特的成本，更高的性能，并且像磁盘一样可以通过接口轻松升级。因为Nand-flash存储器具有容量较大，改写速度快等优点，适用于大量数据的存储，因而在业界得到了越来越广泛的应用。直到现在一直存储行业主要的存储介质。
NAND Flash 工作原理
闪存是利用存储电子状态来记录和表达不同的数据，电子被存储在Floating Gate浮动栅极中，通过在Control Gate控制栅极施加一个阙值电压，判断源极与漏极是否导通，就能判断浮动栅极中是否存储有电子，从而实现闪存中数据的读取与写入。
- 最早的NAND Flash是SLC(single-level cell），即每个存储单元cell可以记录1比特数据。对于SLC闪存来说，在闪存浮动栅极中，若通的电压大于阙值，即cell中有电子，说明已经编程program，即为0；反之，则为1。擦过程就是将栅极的电子全部”放掉“，使它们变回1。
- MLC（Multi-level cell)多阶存储单元，其每个存储单元cell存储2bit的数据，存储的数据是00、01、10、11四种状态，也是基于电压的阈值的判定，其被分成4份。因为存储的bit多，其容量也会大一些，但是其存储单元中存放更多的数据，结构也会复杂，数据出错的概率变大，对技术的要求更高。
- TLC（TrinaryLevel Cell）即3bit/cell,每个存储单元需要记录3比特数据，bit状态存在8种，需要用到7种参考电压来隔离这8种状态。TLC的写入过程也就需要更多次的比对和确认，写入速度随之降的更低了。
- QLC=Quad-Level Cell，即4bit/cell，每Cell可以存放4bits数据，相比TLC，储存密度又提升了33%，但是电压变化却有16种之多，导致可擦写寿命仅有100~150次。单Cell的读写速度现在没有厂商公开资料，估计相比TLC还要进一步降低。
在介绍完SLC、MLC、TLC、QLC之后，我们进行对比一下，他们各有什么优缺点，导致各大厂商争先恐后的研究堆叠层数更高，从3D NAND往4D NAND 发展。
由图可知，SLC—QLC其寿命逐渐降低，P/E次数逐渐减少，同样，价格也逐渐便宜，成本降低，容量变大，何乐而不为呢？
过去平面闪存使用FT浮动栅极层作为电子的容器，当代3D闪存主要使用CT电荷捕获层存储电子。下图是平面闪存与东芝BiCS三维闪存的结构对比：
由于BiCS结构增大了存储单元间隔，就可以增大单次编程序列的数据量来提升写入速度。同时，由于读写干扰降低，闪存数据出错率下降，BiCS也带来更高的写入/擦除循环次数，也就是我们平时说的“写入寿命”。看到这里，你是不是已经对闪存已经有了深入的了解，但是技术前沿，还在后头。
SK海力士量产4D NAND
2019年6月，SK海力士成功研发并量产全球首款128层的1Tb(Terabit,兆兆位) 三层单元（Triple Level Cell, TLC） 4D NAND闪存。
和其他厂家不同的是，这款128层NAND闪存是业界主流的三层单元（TLC）闪存芯片，当其他公司正通过构建96层四层单元（Quadruple Level Cell, QLC）实现1Tb NAND闪存产品的开发，SK海力士已经率先通过TLC实现超大容量NAND闪存的商业化，并取得了比QLC更好的性能和更快的处理速度。
据称，SK海力士利用基于电荷捕获型（Charge Trap Flash, CTF）的4D NAND闪存平台。实现了业内最高的闪存垂直堆叠密度，单颗芯片集成超过3,600亿个NAND单元，每个单元可存储3比特(bit)。与现有的96层4D NAND芯片相比，相同面积的存储容量提高了30%，数据读写耗时降低了16%。此外，每颗晶圆可生产的比特容量也增加了40%，与以往技术转移相比，96层NAND向128层NAND过渡的投资成本降低了60%。另外，SK海力士计划采用相同平台进一步研发176层4D NAND
3D NAND是平面NAND闪存的后续产品，用于存储应用，如智能手机和固态存储（SSD）。 与平面NAND（2D结构）不同，3D NAND类似于垂直摩天大楼，其中水平层的存储器单元被堆叠，然后使用微小的垂直通道连接。
2D NAND架构
3D NAND架构
3D NAND通过设备中堆叠的层数来量化。随着更多层的添加，位密度增加。通过2D、3D、4D NAND的对比，大家对于闪存的兴趣倍增，可能会大吃一惊。不言着急，下面还有：
XL-Flash 新技术加成 更低的读延迟，是普通3D NAND的10倍以上
2020年3月份，铠侠在ISSCC国际固态电路峰会上进一步披露其XL-Flash技术信息，与英特尔/美光的3D XPoint和三星Z-NAND相似，是介于传统DRAM和NAND Flash之间介质，属于SCM（存储级存储器），将为大数据应用程序和复杂工作负载性提供变革和突破性存储解决方案。
据铠侠进一步介绍，XL-Flash技术是基于96层3D NAND，使用16-Plane平面结构，单颗Die容量128Gb，我们目前的TLC，单颗Die仅为2-Plane，尺寸为96.34mm²，等于1.33Gb/mm²。与普通3D NAND相比，铠侠96层TLC 3D NAND量产512Gb，单颗Die尺寸86.1mm²，等于5.95Gb/mm²，若采用96层QLC 3D NAND量产1.33Tb，颗Die尺寸158.4mm²，等于8.59Gb/mm²。就目前而言，XL-Flash技术初期阶段的单颗Die容量远不及3D NAND，再加上尺寸更大，相同Wafer晶圆生产的总GB当量也更少。
铠侠XL-FLASH技术虽然目前在容量方面相对逊色，但在延迟方面，因为并非是简单在3D BiCS架构下对SLC NAND的复刻，其Plane设置也远小于普通3D NAND，因为单个Page大小降低到了4KB，使其读取延迟低至4us，写入延迟75us。铠侠的普通96层3D NAND单个Page大小为16KB+ECC，读取延迟58us，写入延迟561us。相比之下，XL-Flash技术延迟要远低于普通3D NAND，尤其是在读延迟上更是低于10倍以上。
当下，主流的存储产品主要有SRAM、DRAM、SCM、Flash Memory、HDD，延迟依次从低到高，成本则从高到低。存储级存储器SCM相较普通的NAND拥有更快的速度、更低的延迟，较DRAM则容量更大，成本相对较低，基于铠侠XL-Flash技术，已有品牌厂开始部署NVMe SSD，容量高达800GB，未来也可能用于NVDIMM内存条，用于满足要求密集型数据中心领域存储应用。
随着5G、大数据、人工智能、物联网等数据的爆炸式增长， 2019年全球数据量达41ZB，而到2025年将激增至175ZB，在数据量惊人的同时，传统的存储解决方案在数据存储容量、成本、性能等方面的瓶颈也越发凸显，这需要企业不断有新的方案优化存储架构，以及新的技术、新的突破，来迎接挑战。
今天就和大家介绍到这里，欢迎大家留言交流沟通～
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