計算機 - NAND快閃記憶體

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什麼是 NAND 快閃記憶體？

NAND 快閃記憶體是一種非易失性儲存器，它不需要定期供電即可工作並保留資料。其主要目標是快速讀寫記憶體資料，並最大化儲存容量以儲存大型資料並降低成本。

NAND 快閃記憶體將資料儲存到記憶體塊中，當電源關閉時，金氧半導體啟用電荷以保持儲存單元功能。NAND 儲存單元由兩種型別的門組成：控制門和浮動門。這兩個門都用於調節資料流。要程式設計一個單元，會在控制門上施加電壓電荷。通常，NAND 快閃記憶體用於數碼相機、MP3 播放器、USB 快閃記憶體驅動器、智慧手機、平板電腦和筆記型電腦。

NAND 快閃記憶體用於哪裡？

NAND 通常存在於儲存卡、USB 快閃記憶體驅動器和固態硬碟中。NAND 快閃記憶體最廣泛地用於我們家和辦公室的手機、筆記型電腦和平板電腦中。它也用於交通訊號燈、數字廣告牌、乘客廣播系統、顯示裝置或任何其他可能包含 NAND 快閃記憶體的資料傳輸和保留資料的人工智慧 (AI) 應用中。

NAND 快閃記憶體正在不斷發展以滿足現代資料儲存的需求。其穩健性、速度和成本效益使其成為不斷變化的記憶體儲存技術領域的關鍵參與者。

為什麼 NAND 快閃記憶體很重要？

與傳統的硬碟驅動器相比，基於 NAND 快閃記憶體的裝置提供抗震性、出色的耐用性和承受極端壓力和溫度的能力。與 HDD 不同，它們沒有移動部件，因此適用於產生振動和晃動的系統。NAND 還提供快速的讀取訪問時間，這在處理大量資料時至關重要。總的來說，NAND 最適合需要大量資料儲存的應用。它提供更高的密度、更大的容量和更低的成本。它可以更快地擦除、順序寫入和順序讀取。

• 最廣泛用於消費電子產品 - 它是各種電子產品（包括智慧手機、平板電腦、數碼相機和行動式媒體播放器）中儲存資料的必不可少的元件。
• 對固態硬碟 (SSD) 至關重要 - 使用 NAND 快閃記憶體的 SSD 比傳統硬碟提供了顯著的效能提升。
• 便攜性 - 其高儲存密度使得開發輕量級儲存裝置（如 USB 快閃記憶體驅動器和儲存卡）成為可能，這些裝置是行動式資料儲存和傳輸所必需的。
• 電源效率 - NAND 快閃記憶體比機械硬碟需要的功率更少，這對筆記型電腦、智慧手機和平板電腦等電池供電裝置至關重要。這種效率可以延長電池壽命並改善使用者體驗。
• 可靠性和耐用性 - 與傳統硬碟不同，NAND 快閃記憶體由於沒有移動部件，因此更能抵抗物理衝擊和損壞。這使其非常適合需要高可靠性的行動式和苛刻的應用。
• 可擴充套件性和成本效益 - 該技術不斷發展，以更低的每 GB 成本提供更大的儲存容量。這使得可以以經濟高效的方式儲存大量資料，這對消費者和企業應用都有益。

NAND 快閃記憶體的特性

NAND 快閃記憶體的一些關鍵特性如下：

• 非易失性儲存器 - NAND 快閃記憶體是非易失性的，這意味著它可以在沒有電池或其他電源的情況下保留記錄的資料，這使其適合長期資料儲存。此類儲存器可以長時間儲存資料而不會損壞。
• 高密度 - NAND 快閃記憶體可以在較小的物理空間內提供高儲存容量。其高密度特性使其可用於 SSD、USB 驅動器和儲存卡。
• 耐用性 - 它可以寫入和擦除資料 n 次，這使其非常耐用。
• 效能 - NAND 快閃記憶體允許快速讀寫操作。
• 成本效益 - 與其他型別的記憶體相比，NAND 快閃記憶體的每 GB 成本更低。
• 可重新程式設計 - NAND 快閃記憶體的特點是可以根據使用者的需求進行程式設計。可程式設計的 IC 晶片可以儲存任何型別的資料，從文件到電影，並允許使用者在需要時使用它們。
• 更快的寫入和擦除時間 - NAND 快閃記憶體可以快速讀寫資料；由於此特性，它在需要資料寫入操作的應用領域中得到了最廣泛的應用。它也是 NAND 快閃記憶體的一個區別特性，即擦除其內容所需的時間更少。
• 更多儲存空間 - NAND 快閃記憶體可以儲存高達 2TB 的儲存裝置。現代 NAND 快閃記憶體正在推出以儲存大型資料。
• 低製造成本 - 其製造成本相對較低。
• 資料完整性和可靠性 - 先進的糾錯碼 (ECC) 和磨損均衡演算法用於提高資料完整性和延長記憶體壽命。
• 可擴充套件性 - NAND 快閃記憶體可以擴充套件到極高的容量，這是大型資料儲存解決方案的驅動因素。

NAND 快閃記憶體的工作原理

NAND 快閃記憶體透過一系列過程進行操作，這些過程涉及使用浮柵電晶體儲存和檢索資料。其整體工作原理取決於其結構、資料儲存功能以及讀取和擦除資料。以下是不同階段的簡要說明：

結構

NAND 快閃記憶體由儲存資料位的儲存單元組成。每個單元由一個浮柵電晶體組成，該電晶體在控制柵和襯底之間有一個額外的柵（浮柵）。記憶體中的這些單元被分成頁面，這是最小的寫入單元。頁面被劃分為塊，這是最小的可擦除元件。

儲存資料

浮柵可以儲存表示資料的電荷；此電荷的存在或不存在表示單元儲存二進位制“0”或“1”。要寫入資料，請在控制柵上施加高電壓，這會導致電子穿過薄氧化層並被困在浮柵上。電晶體的閾值電壓根據儲存在浮柵上的電荷而變化，從而允許單元表示不同的狀態。

讀取資料

要讀取資料，會在控制柵上提供電壓。流過電晶體的電流量由儲存在浮柵上的電荷決定。感測器電路檢測電流流向並根據電晶體的閾值電壓識別儲存的資料（“0”或“1”）。

擦除資料

NAND 快閃記憶體無法刪除單個位或頁面；相反，它會擦除整個塊。要擦除一個塊，會以相反的方向提供高電壓，從而從浮柵上移除電子並將單元恢復到其預設狀態（通常為“1”）。

NAND 快閃記憶體型別

常見的 NAND 快閃記憶體儲存型別包括 SLC、MLC、TLC、QLC 和 3D NAND。以下是這些型別的簡要說明：

SLC

SLC 是單層單元的縮寫。它是較舊的 NAND 快閃記憶體之一，每個單元僅表示一位（位元）。SLC 或單層單元每個單元儲存一位。SLC 提供最佳耐用性，但它也是最昂貴的 NAND 快閃記憶體儲存型別。

多層單元

MLC 或多層單元每個單元儲存兩位；因此，每個多層單元可以儲存兩位。這些單元的耐用性低於 SLC，因為寫入週期和保證發生的頻率是 SLC 的兩倍。

三層單元

TLC 代表三層單元。顧名思義，每個單元包含三位記憶體，允許在相同佔地面積記憶體儲更多資料。TLC 驅動器主要由企業和消費類公司使用。

四層單元

每個四層單元可以表示多達四位，因為“四”表示“四”。與硬碟驅動器相比，QLC 記憶體是提供最低每 TB 成本的技術。

3D NAND 快閃記憶體

3D NAND 快閃記憶體透過在三維矩陣中垂直構建儲存單元來節省空間。這種生產 NAND 記憶體儲存晶片的方法節省了許多物理空間，使晶片更小。