天碩 G55 Pro M.2 NVMe 工業(yè)級(jí) SSD 以自研 PCIe Gen3x4 主控 + 100% 純國產(chǎn)元器件實(shí)現(xiàn)了 3600MB/s 高速讀取,-55℃~85℃的超寬溫域穩(wěn)定運(yùn)行;以硬件級(jí) PLP 掉電與固件協(xié)同保護(hù)全盤,支持智能軟銷毀功能。天碩 (TOPSSD) 工業(yè)級(jí)固態(tài)硬盤滿足工業(yè)級(jí)抗振耐沖擊標(biāo)準(zhǔn),擁有 200 萬小時(shí) + MTBF 高可靠認(rèn)證及 GJB2017 體系背書,精準(zhǔn)契合國產(chǎn)化存儲(chǔ)對(duì)高性能、高可靠、高耐用的嚴(yán)苛需求。

本文將帶你了解固態(tài)硬盤(SSD)是如何寫入、擦除和讀取數(shù)據(jù)的,以及主控和閃存顆粒都起到哪些作用。
SSD 的最基本存儲(chǔ)單元:浮柵晶體管
固態(tài)硬盤的核心存儲(chǔ)介質(zhì)是 NAND 閃存顆粒,其基本單元為浮柵晶體管。與機(jī)械硬盤的磁記錄原理不同,SSD 通過控制電子在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中的囚禁與釋放,將數(shù)據(jù)編碼為二進(jìn)制狀態(tài)(0 或 1),實(shí)現(xiàn)非易失性存儲(chǔ),即斷電后數(shù)據(jù)不丟失。
浮柵晶體管的構(gòu)造
浮柵晶體管是一種特殊的金屬-氧化物-半導(dǎo)體場效應(yīng)管(MOSFET),其核心結(jié)構(gòu)分為四層:
控制柵極:外部施加電壓的電極,用于控制電子進(jìn)出。
絕緣層:包裹浮柵的高質(zhì)量二氧化硅,阻止電荷自然泄漏。
浮柵層:懸浮的電荷存儲(chǔ)層,由多晶硅構(gòu)成,用于囚禁電子。
P 型襯底:包含源極(Source)與漏極(Drain),形成電流通道。
浮柵被上下絕緣層完全隔離,一旦電子進(jìn)入,無外部電場作用時(shí)無法逃逸。當(dāng)浮柵層中的電子高于中間值時(shí),被記值為 0;反之,則被記值為 1。

寫入數(shù)據(jù)
需要寫入數(shù)據(jù)時(shí),主控會(huì)在控制極 G 施加一個(gè)高壓,讓來自源極的電子可以穿過隧穿層,進(jìn)入浮柵層。因?yàn)橛薪^緣層的存在,電子無法繼續(xù)向前移動(dòng),就被囚禁在了浮柵層。
而當(dāng)我們把電壓撤去,這些電子依然會(huì)被囚禁在浮柵層,因?yàn)樗泶颖举|(zhì)上也相當(dāng)于絕緣體,就這樣一位數(shù)據(jù)被存儲(chǔ)了。

擦除數(shù)據(jù)
那么如果之前寫入了“0”,現(xiàn)在想改寫成“1”,能直接在原來的位置上操作嗎?答案是:不能!由于 NAND 閃存的物理結(jié)構(gòu)限制,浮柵被絕緣層包圍,電子無法直接“覆蓋”,必須通過擦除操作釋放電荷,才能重新寫入數(shù)據(jù)。
因此,想要在 NAND 中寫入新數(shù)據(jù),必須先擦除數(shù)據(jù)。其本質(zhì)就是在釋放電子,通過在 P 型襯底上施加高壓,從而吸出電子。
值得注意的是,由于整個(gè)塊都共用一個(gè) P 型襯底,因此閃存都是以“塊”為單位進(jìn)行擦除數(shù)據(jù)的。

讀取數(shù)據(jù)
當(dāng)需要讀取數(shù)據(jù)時(shí),主控就會(huì)往控制極 G 施加一個(gè)較低的電壓,將源極和漏極導(dǎo)通。由于電壓較低,電子只能被吸引到靠近隧穿層的位置,卻無法穿過隧穿層,因而源極漏極可以導(dǎo)通,形成電流。而存儲(chǔ) 0 的浮柵層會(huì)比存儲(chǔ) 1 的浮柵層有更多的電子,從而抵消控制極較低的電壓,控制極需要更大的電壓才能導(dǎo)通源極和漏極。
根據(jù)以上原理,主控可以通過閾值電壓的不同,來判斷浮柵中是否有電子。將單元中的電壓與閾值電壓進(jìn)行比較,高于閾值電壓識(shí)別為“0”,低于閾值電壓識(shí)別為“1”。

* 每單元存儲(chǔ)比特越大,主控識(shí)別的難度越高
一片指甲蓋大小的閃存顆粒,就能包含 2 萬億個(gè)浮柵晶體管;它們堆疊在一起,存儲(chǔ)著海量的 0 和 1。這是人類工程學(xué)造就的奇境:方寸之間,盛放著一個(gè)能映照現(xiàn)實(shí)、編碼想象的的廣闊信息世界。
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