- 关键词：NAND,SLC,MLC
- 摘要：NAND闪存是一种比硬盘驱动器更好的存储设备，在不超过4GB的低容量应用中表现得尤为明显。随着人们持续追求功耗更低、重量更轻和性能更佳的产品，NAND被证明极具吸引力。
顾名思义，晶圆由纯矽（Si）构成。是半导体组件“晶片”或“芯片”的基材，从沙子里面高温拉伸生长出来的高纯度硅晶体柱(Crystal Ingot)上切下来的圆形薄片称为“晶圆”。采用精密“光罩”通过感光制程得到所需的“光阻”，再对硅材进行精密的蚀刻凹槽，继续以金属真空蒸着制程，于是在各自独立的“晶粒”(Die)上完成其各种微型组件及微细线路。对晶圆背面则还需另行蒸着上黄金层，以做为晶粒固着(Die Attach) 于脚架上的用途。晶圆一般分为6英寸、8英寸、12英寸规格不等，晶片就是基于这个wafer上生产出来的。Wafer上的一个小块，就是一个晶片晶圆体，学名die，封装后就成为一个颗粒。一片载有Nand Flash晶圆的wafer，wafer首先经过切割，然后测试，将完好的、稳定的、足容量的die取下，封装形成日常所见的Nand Flash芯片。那么，在wafer上剩余的，要不就是不稳定，要不就是部分损坏所以不足容量，要不就是完全损坏。原厂考虑到质量保证，会将这种die宣布死亡，严格定义为废品全部报废处理。
品质合格的die切割下去后，原来的晶圆就成了下图的样子，就是挑剩下的Downgrade FlashWafer。
这些残余的die，其实是品质不合格的晶圆。被抠走的部分，也就是黑色的部分，是合格的die，会被原厂封装制作为成品NAND颗粒，而不合格的部分，也就是图中留下的部分则当做废品处理掉。
说了这么多，各位读者应该对晶圆的制造过程有了一定了解，也就是说，晶圆生产出来后，合格的die被工厂留下继续封装成颗粒，不合格的die单元成为残次品被抛弃不用。这一留一抛，就分别成为了“原片”与“黑片”。由此我们立刻就能知道，原片是价格较高的产品，而黑片因为被当做垃圾，价格非常低，是按照吨计算的。
那么“白片”又是什么呢？
其实白片就是封装后的原片中再检测到有瑕疵的颗粒，然后淘汰下来的垃圾。正品的NAND中是不能有白片的。但晶圆厂为了回收一部分制造成本，也会将未打标的颗粒白片卖给下游渠道，然后这些渠道再将白片上打上其他标识卖出。所以说，黑片与白片其实都是芯片制造过程中产生的边角料，黑片是在原料阶段就被淘汰的部分，白片则是成品后再检测不合格的瑕疵品。我们都知道，边角料也有利用价值，那么这里面就有了一个产业链，也就是晶片行业的废品回收再利用。黑片中仍有部分可用，会以晶圆的形式流出到下游封装厂，因为原厂不会封装有问题的die。这些有问题的die经过下游封装厂测试、筛选，还能再利用的部分就可以留下封装出售了。黑片不是原厂封装的，是下游厂商自己封装，所以外观看起来就很粗糙，而且往往不打标。很多廉价的MP3、U盘，即采用黑片制作而成。
白片是封装后再淘汰下来的颗粒，所以只有颗粒形式，而且是原厂封装，与原片的唯一区别就是没打标。这些白片也会在下游厂商经过测试、筛选后出售。
从质量上说，黑片NAND是很糟糕的，因为原厂就已经给其判了死刑，只是下游厂将其缩减容量后卖出，也就是阉割，但质量还是很差，购买这种颗粒也等同于赌博。白片NAND的品质还是有一定保证，再经过筛选，那么在性能与寿命的指标就比较接近原片了。由于黑片NAND的可靠性非常差，即使山寨SSD也不会采用，他们会选择更有保障的白片NAND，虽然售出的SSD返修率偏高，但凭借价格优势，山寨SSD仍然有一定销量。
作为SSD主要元件的NAND闪存，我们经常见到的有SLC、MLC、TLC三种：SLC
SLC全称single-level cell，即单阶存储单元;MLC全称Multi-level cell，即多阶存储单元。因NAND闪存是一种电压元件，因此它以不同的电压范围来代表不同的数据，原理如下面图片所示：
SLC就是在NAND闪存的每个存储单元里存储1bit的数据，存储的数据代表”0”还是”1”是由基于Vth电压阈值来判定，对于 NAND闪存的写入(编程)，就是对其充电，使得它的电压超过上图的电压判定点A，存储单元就表示0-已编程，如果没有充电或者电压阈值低于那个A点，就表示1-已擦除。MLC
MLC则是每个存储单元里存储2bit的数据，存储的数据是”00”,”01”,”10”,”11”也是基于电压阈值的判定，当电压没到判定点B时，就代表”11”，当电压在B和C之间，则代表“10”，电压在C和D之间，则表示”01”，而电压达到D以上，则表示”00”。
SLC与MLC的区别
由上面的图片可以看到，MLC相比SLC电压之间的阈值被分成了4份，这样肯定会直接影响性能和稳定性，相对来说，主要受影响的有以下四点：1.相邻的存储单元间会互相干扰，造成电压不稳定而出现bit错误，MLC由于阈值相比SLC更接近，所以出错几率会更大。2.MLC读写性能降低，写入更达到50%的差距以上，因为需要更精确的充电处理。SLC只有”0”和”1”，，而MLC会有“00”,“01“,”10”,”11” 4个状态，在充电后还要去判断处于哪个状态，速度自然就慢了。3.如上所说，因为有额外的读写压力，所以功耗明显增大。4.同样因为有额外的读写压力，造成闪存的写入耐久度和数据保存期都受到影响。5.SLC的擦除次数为60000-100000之间；MLC的擦除次数为3000-5000之间。TLC
TLC = Triple-Level Cell，即3bit/cell，它的寿命短，速度慢，约500-5000次擦写寿命。TLC的架构已批量应用于闪存芯片上，这种架构与MLC采用近似原理，只不过MLC是1个单元2个bit，而TLC则是1个单元3个bit。TLC 的寿命500次是第一代工艺不成熟的时候，第二代第三代早就超过这个数字，目前hynix的TLC官方pdf标称寿命2500-5000次，东芝的更高。
3D-TLC基于SATA的存储容量可高达4TB以上，PCIe Gen4 x4的16TB容量产品正在开发中，并具有许多优点，如受控BOM、AES 256位加密、电源寿命以及一些客制化的功能，如电源和固件设置。3D-TLC承诺了更高的容量、更低的功耗、更快的性能和更好的续航能力，并且在一定程度上，它已经在各个方面实现了。对于工业应用来说，它的速度和耐久性永远无法超过SLC，但与MLC和pSLC相比，其价格和性能是不容忽视的，在价格上占了优势，比MLC更便宜，不过寿命/速度则更差于MLC，而且TLC通常是和高制程同时出现的，导致目前一些采用TLC的U盘速度惨不忍睹，寿命更是没底(有人说只能达到1000多次)。
