SSD固态硬盘核心組件介紹

NAND Flash是SSD核心组件，占SSD总成本的70-80%

我们首先了解一下SSD的结构。SSD主要由存储芯片（NAND Flash）、控制芯片（Controller）构成。存储芯片NAND Flash是数据存储的载体，占用SSD PCB板大部分空间，是SSD的核心组件，大约占SSD总成本的70-80%。SSD容量由NAND Flash决定，读写速度快、低功耗、抗震等特点也是基于NAND Flash特性。

NAND Flash有擦写寿命，如果擦写次数达到上限，NAND Flash就不能再进行写入操作，所以SSD需要耗损均衡（Wear Leveling），一般是由一颗控制芯片管理。控制芯片通过若干个通道（channel）并行管理多个NAND Flash，因此NAND Flash和控制芯片共同影响SSD的使用寿命和读写性能。

SSD组件简图

2.NAND Flash优劣决定SSD品质，原厂logo是关键

NAND Flash作为SSD最重要的部分，其制造厂商主要是三星（Samsung）、东芝（Toshiba）/闪迪（SanDisk）、美光（Micron）、SK海力士（SK Hynix）5家大厂，原厂生产出来的Wafer按照品质差异、封装测试形成市面上所谓的原装片、自封品牌、白片、黑片等代名词。

NAND Flash WaferDowngrade Wafer

 Downgrade Wafer 实物图

白片和黑片没有LOGO原装片印有原厂LOGO

OEM客户 自封品牌

简单来讲，原装片是通过原厂严格检测印上原厂logo的封装片，自封品牌是获得原厂Flash Wafer产能，按照自己产品标准和原厂提供测试标准进行封装测试的产品。白片是原厂销售Wafer给客户，由客户自行封装测试后印上无logo产品，黑片（Ink Die）是Wafer里达不到spec标准的不良品，往往三星在Wafer进行CP测试的时候将Ink Die 激光打死，而其它原厂东芝、闪迪、SK海力士、美光将其利用，直接销售到市场。由此可以判断NAND Flash品质是原装片>自封品牌>白片>黑片。SSD品质参差不齐，以致价格相差较大，也是因为原装片、自封品牌、原厂次品质品牌、白片、黑片NAND Flash所致。

区分原装片、自封品牌、原厂次品质品牌、白片、黑片首先要了解芯片的生产流程，Wafer制作出来后，进入Wafer切片测试阶段，会将Flash Die分为合格和不合格，原厂将测试合格的Flash Die进行封装，不合格的Downgrade Wafer是一些残留的边角料，原厂会做报废处理，也有很多以蓝膜Wafer的形式流到下游封装厂进行加工、回收利用，被称为黑片Ink Die，最后被一些小型厂商用于廉价的捆绑SD卡和U盘等产品中。由于品质、性能低劣，一般不会用在SSD、eMMC等产品上，但也会有少数厂商以黑片生产SSD产品销售到市场获取暴利。

合格的Flash Die原厂封装工厂会根据需要封装成eMMC、TSOP、BGA、LGA等产品，但封装的时候也有不良，或者性能不达标，这些Flash颗粒会再次被过滤掉，或者流到下游厂商，下游厂商再经过筛选，将Flash颗粒印上非原厂logo后出售，另外原厂将消费类等级的Flash Wafer销售给卡类模组厂，这些厂没有测试技术直接让封装厂按照Mapping选Good die封装颗粒后直接SMT做SSD产品，这类的Flash颗粒俗称白片。

最后，原厂封装并测试合格的Flash颗粒印上原厂logo或者Flash Wafer材料卖给原厂OEM客户，由客户自行封装成自有品牌，这是品质最好，稳定性高的Flash颗粒，在选择的时候要认准原厂logo和原厂OEM客户自封品牌logo。主要自封品牌logo是这些：三星的OEM客户：创见（Transcend）、江波龙FORESEE；东芝的OEM客户：金士顿（Kingston）、建兴（Lite ON）、群联（PHISON）。美光主要OEM客户是：金士顿（Kingston）、江波龙 FORESEE、创见（Transcend）。SK海力士没有SSD品牌的OEM客户，其他非原厂策略OEM客户购买Flash Wafer封装成自有品牌logo，品质和供应得不到保证。

除了通过原厂logo判别产品优劣外，还可以通过NAND Flash编号识别。比如，美光全资子公司SpecTek的NAND Flash颗粒编号，Grade and product Definition编码被分为很多等级，比如：-AL：通过严格测试、-AF：通过测试、-S2：第一次没有通过测试等。SpecTek业务模式是将美光所有Ink Die和低品质颗粒回收并测试分类销售到市场，市场客户不是按照物尽其用方式来使用SpecTek颗粒，而是低品高用在SSD上，导致大量用户投诉SSD不良，主要是因为使用SpecTek Flash导致。

图片来源: SpecTek官网

SK海力士也在效仿美光次品质SpecTek模式，成立一家名为ESSENCORE的公司，处理销售SK海力士次品质的存储产品（比如：Ink Die、OEM不良品）。

1122代表2011年22周出厂

还有一些厂商从市场上收购拆机NAND Flash颗粒来生产SSD，其实很好识别，一般NAND Flash芯片上会印上生产日期，如果距离生产日期太久，说明是拆机NAND Flash。

列举6家SSD的NAND Flash选料

2、金胜（Kingshare）K300 SSD，三星原装片Flash

3、金士顿SSDNow V300 SSD，自封品牌Flash
4、影驰GAMER SSD，白片Flash

5、OCZ SSD，SpecTek Flash

6、金速F9 SSD，SpecTek Flash

3.获悉NAND Flash制造工艺、容量等信息方法

1. 中国闪存市场网SSD产品频道

中国闪存市场网会发布一些各厂商SSD产品信息，比如：制程工艺、NAND Flash架构，以及容量、速度、接口等信息。同时，也会公布一些测试不良的SSD评测报告，意在打造一个健康的SSD成长空间，中国闪存市场网会建立SSD好性能、好口碑、好品质计划。

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2. Flash编号信息查询

我们提供Flash编号查询功能，目前支持三星、东芝、美光、英特尔、SK海力士、SpecTek这些厂商。比如：MT29F128G08CECDBJ4，品牌：美光，类型：NAND Flash，单颗NAND Flash容量：128Gb，NAND Flash：MLC。您还可以通过本站技术指导中的文档获取更多厂商Flash编码信息。

» Flash编号查询地址

» Flash编号信息文档

4.控制芯片改善NAND Flash擦写次数，提高SSD使用寿命

随着原厂制造工艺不断的发展，NAND Flash生产成本下滑，擦写寿命降低，要求控制芯片的ECC纠错能力也就越高。NAND Flash最初SLC擦写寿命可达10万次，仅需使用1-4bit ECC，20nm工艺MLC擦写寿命降低到3000--10000次，所需的ECC提高到16-40bit，到TLC擦写寿命仅500--1000次，需72bit甚至更高的ECC。NAND Flash在SLC时期，控制芯片只需要采用纠错能力不强的汉明码算法，MLC需要纠错能力更高的BCH码，TLC或3D纠错技术开始由BCH向低密度奇偶校验码LDPC过渡来强化使用寿命。

SLC、MLC、TLC、3D NAND Flash发展趋势

三星是最先将TLC导入SSD的厂商，三星研发的3核Cortex-R4 MDX控制芯片强化了可靠性和纠错能力，使840系列具有3年的使用寿命。继三星之后，SandForce 3700系列以及Marvell 88SS1074、88SS1093、88NV1140、88NV1120控制芯片，均利用低密度奇偶校验码(LDPC)技术来提高TLC的可靠性和耐用性。

台系控制芯片厂慧荣也发布了支持TLC的SM2256控制芯片，独有的NANDXtend解错修正技术，有效运用低密度奇偶校验码（LDPC）和RAID修正技术，增加数据读写保护能力，提升TLC的使用寿命，群联PS3110控制芯片同样支持TLC，慧荣只提供控制芯片或解决方案给客户，群联可自主生产SSD成品并销售到市场上。

控制芯片厂最新产品一览表

来源: 中国闪存市场网

5.接口标准定义最大传输带宽，影响SSD传输速度

SSD最为常见的接口是SATA，其接口速度有SATAII（300MB/s）和SATAIII(600MB/s)，相比SATA接口，PCIe接口传输速度更高，PCIe Gen2 x1传输速率为500MB/s，PCIe Gen2 x2速度可达到1GB/s，最多可以支持到PCIe x4。随着PCIe规范标准的升级，PCIe Gen3 x1传输速度也可达到1GB/s，扩展速度会更高。SSD接口规范定义了最大传输带宽，将直接影响到SSD传输速度，而接口标准需要控制芯片的支持才能发挥最大传输性能。

SSD接口最高传输带宽比较

SSD SATA在控制芯片厂SandForce SF-2281和Marvell 88SS9187/88SS9174，以及慧荣SM2246EN和群联PS3109推动下，SATAIII接口得以快速普及，SSD PCIe因为售价较高以及PC主机接口普及迟缓，主要用于企业、工作站服务器市场。2014年Marvell新推出的控制芯片加大对PCIe接口的支持，同时英特尔最新Skylake平台CPU芯片也增加了原生PCIe NVMe通道，开始推动SSD接口由SATAIII向PCIe过渡，预计2015年底将有SSD厂商推出SATAIII一样销售价格的PCIe SSD，有利于加速PCle SSD市场普及。

客户端SSD接口变化趋势