深入了解3D V—NAND技術的優勢

小蓋

更大的容量、更強的性能、更便宜的價格，SSD“白菜價”的始作俑者，一切看上去都那么美好。一切的一切都要歸功于去年10月三星宣布量產的3D堆疊的TLC V-NAND閃存（簡稱3D V-NAND），3D V-NAND為何物？它究竟能為我們帶來什么？今天我們不妨做一個討論。

3D V-NAND技術

SSD總容量的大小取決于其所采用的顆粒的數量及單個顆粒的容量（SSD總容量=單個顆粒的容量X總數量），而顆粒的容量則取決于其封裝的芯片的數量及單個芯片的容量（顆粒容量=單個芯片的容量X芯片數量）。在這種情形下，SSD容量的提升是靠提升單個芯片的容量和芯片數量來實現的。其中前者需要依托相應的技術才能實現，因此整個SSD廠商采用的單個顆粒的容量基本相同;而后者則需要依靠更為先進的制作工藝才能實現，在新工藝的支持下同樣大小的顆?？扇菁{數量更多的芯片，從而實現SSD容量的倍量式遞增，從先前的32GB、64GB，一直到今天已成主流的128GB、256GB。

然而芯片密度的增加并不具有無限性，制作工藝水平的提高需要較長的周期，在新工藝未出現之前SSD無法靠增加芯片密度來擴容。Flash芯片要想正常地完成數據的處理工作，必須依靠多次的充放電動作才能實現，芯片密度過高勢必會導致芯片間電荷干擾增大，數據讀寫延時變長，數據處理時的錯誤率提高，芯片的可擦寫次數下降。這也就是為什么有些號稱采用先進制作工藝、容量較大的SSD在實際使用過程中，整體性能反而不如那些依然采用舊工藝、容量較小的產品的主要原因。

為了解決這一現狀，三星首次推出了3D V-NAND技術。該技術的亮點在于它采用立體、垂直堆疊的方式來提高顆粒中包含芯片的數量。其基本原理相當于高樓大廈，和占地面積相同的平房相比這種發展縱向空間的做法顯然能大幅度提高芯片的容納數量（具體數量要視堆疊層數而定，三星計劃在3年后將3D V-NAND堆到100層）

3D V-NAND目前的優勢

堆疊層數的提高最終會帶來SSD容量的成倍提升，同時由于該技術中包含的其他一些特性，使得采用該技術的產品還將為我們帶來很多驚喜。

拋棄了傳統的浮柵極MOSFET結構，采用了用控制柵極和絕緣層將MOSFET環形包裹起來的方式，會提高產品的使用壽命。之前浮柵極MOSFET結構是將電子存儲在柵極中，每次寫入都會消耗柵極中的電子，一旦電子用光SSD也就壽終正寢了。而現在則會大大提升儲存電荷的物理區域，特別是對TLC閃存產品有非常積極的意義。

更大的柵極間接觸面積會帶來更低的延遲和更高的指令運行效率，從而能提高產品的運行性能。

簡化了編程階段，減少了產品在待機和活動時的能耗。傳統的閃存是通過三個階段的編程來控制電荷的，3D閃存簡化了這一流程，通過高速編程將三個階段整合為一個單獨的階段，可有效地降低控制所需的時間和復雜度，讓產品更節能。

圖多層級堆疊的設計能降低單位Bit所耗成本，令產品更具性價比。這一點是建立在該技術已經足夠成熟并被廣泛應用的基礎上的，目前已經出現的產品還未完全發揮3D V-NAND的優勢。

3D V-NAND產品推薦

3D V-NAND技術為三星推出，三星是第一個將其應用到產品層面的公司。現在我們在市面上能見到的3D V-NAND SSD產品也僅限于三星850 EVO和850 PRO系列。

850 EVO、850 PRO分為120GB、250GB、500GB和1TB四個容量版本，主控制器是三星自主MGX、MEX主控，接口為SATA 6Gb/s，顆粒為32層3D V-NAND，連續讀取速度最高為540MB/s～550MB/s，連續寫入速度最大為520MB/s～540MB/s，整體讀寫性能高于840 EVO 10%以上，其中120/250 GB版本在隨機讀寫速度方面也較840 EVO有1.9倍的提升，使用壽命會比后者延長30%左右。