2024-02-23
固態硬盤發展已經進入成熟期，速度變快的同時價格也越來越親民，但有的時候大家會發現，同樣大小的固態硬盤，價格往往相差較大，甚至有的情況下存在數倍的差距，困擾之余也想知道到底什么原因造成這樣的情況，我們就來討論下這個問題。
眾所周知，固態硬盤主要由主控芯片，和閃存(FLASH)芯片構成，閃存芯片負責存儲數據，而主控芯片則負責管理。這其中，FLASH芯片本身往往決定了固態硬盤的容量、性能、價格等等。在價格方面，閃存芯片基本上會占到整個固態硬盤價格的80%以上，所以可以說閃存決定了固態硬盤絕大多數的相關指標，我們重點看看閃存芯片。
我們不想涉及太深的技術層面的東西，盡量用簡單的角度來一些說明，閃存正式名稱是NAND FLASH，由浮柵MOSFET組成。MOSFET這個東西全稱也很長，我們不用關心，只須知道，它在數字電路中一般當作開關來使用，在數字電路中應用極廣泛。但它本身并不能在斷電后保持狀態，所以也無法當成存儲器來使用。于是有人天才地在MOSFET中增加了一個浮動柵極，用浮柵來鎖住電荷，在斷電后也能保持狀態，所以，它構成了FLASH存儲器的最基本單元。如下圖：
浮柵MOSFET構成了閃存最基本的單元，擦除操作浮柵向下，以1來表示，(閃存不支持覆寫，寫入前必須先擦除);編程(寫操作)浮柵向上，以0來表示;斷電時，浮柵保持位置，鎖住電荷;讀取時確定內部電荷的多少來確定是1或0，這就是閃存的基本操作。
那么如何來確定存儲的是1，還是0呢，是以內部電荷的多少，即電壓的高低來確定。寫操作，可以理解為是一個充電的過程，充電到一個合適的電壓值。
SLC單層存儲單元，代表二進制的一位(1Bit)，表示兩個值：1、0，電壓由低到高(從左到右)，只需設置一個電壓判定點，分成2個區域，電壓低于判定點(左)，代表二進制1;同理，電壓高于判定點(右)，代表二進制0。因為只表示一位，只有一個電壓判定點，SLC結構最簡單，執行效率最高，速度最快，出錯的機率也最低。
MLC雙層存儲單元，代表二進制的兩位(2Bit)，表示四個值：11、10、01、00，電壓由低到高(從左到右)，需要設置三個電壓判定點，分成4個區域，來分別代表11、10、01、00。可以看到，基于同一個MOSFET，MLC結構復雜很多，執行效率也會低一些，速度也會稍慢，出錯機率也增加。
TLC三層存儲單元，代表二進制的三位(3Bit)，更加復雜，同一個MOSFET，需要設置7個電壓判定點，分成8個區域，電壓由低到高，來表示，111、110、101、100、011、010、001、000。
QLC四層存儲單元，代表二進制的四位(4Bit)，已經到了非常復雜的程度，一個MOSFET，需要設置15個電壓判定點，分成16個區域，依據電壓高低，來分別表示，1111、1110、1101、1100、1011、1010、1001、1000、0111、0110、0101、0100、0011、0010、0001、0000。
以上，同一MOSFET，可以做成1Bit、2Bit、3Bit、4Bit，相應地，存儲的一個字節(BYTE)，如果用SLC模式，需要使用8個MOSFET，如果使用QLC，則只需1個MOSFET，單從這個角度來看，可以大體認為，同樣的容量的固態硬盤，采用SLC的價格是采用QLC的8倍，8倍已經是一個非常懸殊的倍率，這就是為什么固態硬盤同樣容量價格懸殊的最重要的原因。
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