什么是 3D NAND Flash？类型及其优缺点

摘要：NAND是一种非易失性闪存存储，不需要电源即可保留数据。NAND存储广泛应用于各种产品，从小型消费设备到基于闪存的企业数据中心中的高容量固态硬盘（SSD）。

3D NAND Flash是NAND存储器中最先进的形式，能够提供比早期NAND版本更高的速度、更低的成本和更高的密度。

NAND是一种非易失性闪存存储，不需要电源即可保留数据。NAND存储广泛应用于各种产品，从小型消费设备到基于闪存的企业数据中心中的高容量固态硬盘（SSD）。

2D NAND单元必须有足够的空间来存储足够的电子。如果单元太小，电子数量太少，那么单元的功能会下降，单元之间的干扰会增加。性能、耐久性和可靠性都会受到影响。这就是3D NAND的用武之地。

什么是3D NAND？

3D NAND，，是为了克服2D NAND的容量限制而开发的。3D NAND架构能够在不牺牲数据完整性的情况下实现更高的密度。与平面NAND（存储单元水平堆叠在卡片上）不同，3D NAND通过多层垂直堆叠来实现更高的密度、更低的功耗、更好的耐久性、更快的读写速度以及更低的每GB成本。由于在有限的宽度和长度尺寸内垂直堆叠了许多单元，3D NAND在相同的长度和宽度尺寸内比2D NAND具有更高的容量。

3D NAND采用先进的架构，在闪存环境中提供高性能。

3D NAND的使用案例

Hyperconverged infrastructure (HCI)HCI适用于大型复杂数据中心，但成本可能非常高。3D NAND以闪存速度增加容量，并且成本更低，这使得HCI用户能够在合理的价格下提高性能并进行扩展。 High-capacity environments. 高容量环境

2D和3D中的NAND类型有哪些？

NAND的每个单元包含不同的比特数，这会影响性能和耐久性。NAND单元包含1、2、3或4比特：SLC、MLC、TLC和QLC。3D NAND也有MLC、TLC和QLC，但没有SLC。

SLC，单级单元在每个单元中存储1比特。这种设计在四种类型中提供了最高的耐久性和速度。它也是最昂贵的。3D NAND没有这种类型。 MLC，多级单元每个单元存储2比特，这降低了每容量的价格，但耐久性略有下降。eMLC是具有更强大控制器的MLC，可以更好地管理磨损平衡和数据管理。2D和3D NAND都有MLC。 TLC，三级单元每个单元存储3比特。它曾经是性能最低的类型，但3D NAND架构和更好的控制器已经改善了TLC，使其适用于读取密集型企业应用。 QLC，四级单元每个单元存储4比特，在3D NAND中比2D NAND更为常见。其结构导致其耐久性低于其他类型，尽管更好的控制器正在提高P/E周期。QLC采用3D NAND架构。

3D NAND的优缺点

优点：

Higher capacity

与2D NAND相比，在更小的空间内实现更高的容量。3D NAND SSD可以在2.5英寸的尺寸中容纳超过1TB的容量，并且开发仍在继续。

Lower cost per gigabyte

64层及以上与2D NAND相比实现了显著的成本降低。差异在于每片晶圆（嵌入式芯片的硅基）可以存储多少TB的NAND。

Higher performance & Low power

3D NAND的单次编程使读写带宽和IO速度更高。这导致功耗低于2D NAND：3D NAND的功耗比平面NAND低50%。

缺点：

Contamination control

制造商不断尝试在堆叠中增加存储单元的数量。但存在一个问题：3D NAND单元是垂直构建为字符串的，因此单个单元的缺陷可能会影响单元字符串的性能。防止污染需要严格的制造控制和更高的材料纯度。

Complex ECC and flash management