目录浮栅晶体管一个 bit 是怎么锁住的NOR 和 NAND架构差异决定了用途SLC/MLC/TLC/QLC每个单元存几位的问题MK SD NANDNAND Flash 的一个产品分支做嵌入式开发的人每天都在跟 Flash 打交道但真要说清楚一个 bit 是怎么存进去的很多人答不上来。最近翻到的一份 Flash 基础知识文档讲得挺透我按自己的理解把原理到产品的链路串一遍。浮栅晶体管一个 bit 是怎么锁住的Flash 的最小存储单元是一颗浮栅晶体管。它在普通 MOS 管的基础上多了一层浮栅被氧化层包裹跟其他部分绝缘。 NOR Flash 写操作依靠沟道热电子注入电子在高电场下获得能量穿透氧化层被 “关” 进浮栅里。一旦断电电子也跑不掉这就是 Flash 掉电不丢数据的物理基础。而 NAND Flash 的编程与擦除均采用 Fowler‑Nordheim 隧穿效应。擦除时控制栅施加负电压通过 FN 隧穿效应把电子从浮栅里 “拽” 出来。擦除完成后浮栅上没有多余电荷阈值电压回到初始状态这个 bit 即为 1当电子被注入浮栅器件阈值电压升高这个 bit 就变成 0。 所以 Flash 只能把 1 写成 0想要把 0 变回 1必须执行整块擦除操作。NOR 和 NAND架构差异决定了用途Flash 分 NOR 和 NAND 两条技术路线。 NOR 的存储单元采用并行连接每根位线独立引出可以实现字节级随机寻址访问模式接近 RAM。因此 NOR Flash 支持 XIP 原地执行代码嵌入式系统经常使用小容量 NOR 存放 bootloader。但 NOR 的写入速度很慢。NAND 将浮栅晶体管串联堆叠减少位线数量存储密度大幅提升。它不支持字节级随机访问最小读取单位为页擦除按块执行单页读取速度弱于 NOR但整体擦写性能更强单位存储成本更低更容易做大容量主流大容量存储方案基本都采用 NAND 路线。SLC/MLC/TLC/QLC每个单元存几位的问题NAND 闪存按照单个存储单元存放 bit 数量分为 SLC、MLC、TLC、QLC。SLC每单元存储 1bit仅两个电压状态电压窗口裕量大行业典型标称擦写寿命 10 万次MLC每单元存储 2bit4 个电压状态典型寿命约 1 万次TLC每单元存储 3bit8 个电压状态典型寿命约 3000 次QLC每单元存储 4bit16 个电压状态典型寿命约 1000 次简单说单个单元存储 bit 数量越多不同状态之间的电压窗口越窄单元间干扰、误码风险随之上升P/E 擦写寿命下降但可以实现更高容量、更低单位成本。 消费级 SSD 大多选用 TLC 颗粒工业设备优先看重稳定性与寿命会选用 SLC。这也是米客方德 SD NAND 采用 SLC 架构的原因工业场景下可靠性优先级高于单纯的容量。说明以上为行业典型标称值实际寿命会随晶圆工艺、颗粒等级发生浮动。MK SD NANDNAND Flash 的一个产品分支基于 NAND Flash 介质衍生出多种产品形态SD 卡、U 盘、SSD、eMMC、UFS。它们的存储介质都是 NAND Flash差异体现在封装形态、接口协议、内置控制器固件。SD NAND 是其中很有特点的一类。它将 NAND Flash 裸片与控制器集成在同一个封装内对外输出标准 SD 协议接口。内部控制器运行 FTL 固件自动完成磨损均衡、坏块管理、掉电恢复等 NAND 底层管理工作。 主芯片侧只需要调用通用 SDIO 驱动完全不需要开发 NAND 颗粒相关底层代码。直白来讲SD NAND 就是一套 “已经封装管理好的 NAND 解决方案”开发者不需要关心底层颗粒选型、坏块处理、擦写均衡。米客方德将 SLC NAND 与 FTL 控制器整合为 LGA 贴片封装嵌入式工程师直接贴片焊接即可快速调试使用。从浮栅晶体管到最终贴片存储芯片中间跨越多层硬件与固件抽象但每一层设计都对应实际工程痛点。
