在现代电子装置中，NAND闪存作为一种非挥发性存储解决方案，被广泛应用于固态硬盘(SSD)、USB闪存盘以及智能手机等设备。随着计算机、企业存储、数据中心及汽车电子等领域对存储需求的持续增加，NAND闪存的技术创新也日益显著。

本文旨在深入解析闪存芯片的基础原理及其未来的走向。

NAND闪存的核心构成

NAND闪存采用浮栅晶体管技术，通过晶体管内存储电荷的数量来表示不同的数据状态。一个NAND闪存单元由一个浮栅晶体管与两端构成，其基本操作原理为：当浮栅带有电荷时对应数据为“0”，反之为“1”。电荷量与晶体管的阈值电压成正比，即使电源中断，数据也能保持稳定。

然而，NAND闪存单元的编程/擦除(P/E)周期存在局限性。由于电压作用导致氧化层损伤，频繁的P/E操作可能导致单元失效。

不同类型的NAND闪存

根据每个单元能存储的位数，NAND闪存可分为SLC、MLC、TLC和QLC等多种类型。

• SLC（单层单元）每单元存储1位信息，具备快速写入速度和高耐用性，但成本相对较高。
• MLC（多层单元）每单元存储2至4位信息，而TLC（三层单元）和QLC（四层单元）则分别存储3位和4位信息，随着存储密度的提升，成本降低，但写入速度和P/E周期有所减少。

当前，业界正致力于开发PLC（五层单元），以进一步提高存储密度和降低成本，但这一过程对电压阈值的精确控制提出了更高要求，同时也对性能和故障率带来了挑战。

闪存颗粒的性能比较

不同类型的闪存颗粒在性能、耐用性和成本方面各有优劣。其中，QLC颗粒在成本上占据优势，但因电压状态繁多，其稳定性和耐久性成为关键考量因素。

在选购SSD存储颗粒时，忆联推荐综合考虑性能与可靠性、性价比、存储密度及大规模存储需求，以实现存储容量、读写效率、寿命与成本之间的最佳平衡。

3D NAND技术的革新

随着存储密度的提升，NAND闪存从平面布局转向三维立体结构，即从二维向三维发展。3D NAND技术通过在三维空间内垂直堆叠闪存颗粒，类似建筑高层大厦，有效突破了二维NAND的容量极限。

3D NAND采用了电荷捕获型结构，扩大了存储空间，已被广泛应用于终端SSD，显著提升了性能、能效、耐用性和成本效益。

在SSD领域，硬盘性能与稳定性很大程度上依赖于主控制器与NAND颗粒间的协作。忆联自主研发的主控芯片支持SLC、MLC、TLC和QLC四种颗粒类型，其中前三类已实现商业化应用。

欲深入了解主控技术详情，敬请期待忆联后续专题文章的发布。