閃存的發(fā)展及決定因素

“優(yōu)盤”是閃存走進(jìn)日常生活的最明顯寫照，其實早在U盤之前，閃存已經(jīng)出現(xiàn)在許多電子產(chǎn)品之中。傳統(tǒng)的存儲數(shù)據(jù)方式是采用RAM的易失存儲，電池沒電了數(shù)據(jù)就會丟失。采用閃存的產(chǎn)品，克服了這一毛病，使得數(shù)據(jù)存儲更為可靠。除了閃存盤，閃存還被應(yīng)用在計算機(jī)中的BIOS、PDA、數(shù)碼相機(jī)、錄音筆、手機(jī)、數(shù)字電視、游戲機(jī)等電子產(chǎn)品中。追溯到1998年，優(yōu)盤進(jìn)入市場。接口由USB1.0發(fā)展到2.0再到最新的USB3.0，速度逐漸提高。

U盤的盛行還間接促進(jìn)了USB接口的推廣。為什么U盤這么受到人們歡迎呢?閃存盤可用來在電腦之間交換數(shù)據(jù)。從容量上講，閃存盤的容量從16MB到64GB可選，突破了軟驅(qū)1.44MB的局限性。從讀寫速度上講，閃存盤采用USB接口，讀寫速度比軟盤高許多。從穩(wěn)定性上講，閃存盤沒有機(jī)械讀寫裝置，避免了移動硬盤容易碰傷、跌落等原因造成的損壞。部分款式閃存盤具有加密等功能，令用戶使用更具個性化。閃存盤外形小巧，更易于攜帶。且采用支持熱插拔的USB接口，使用非常方便。閃存正朝大容量、低功耗、低成本的方向發(fā)展。與傳統(tǒng)硬盤相比，閃存的讀寫速度高、功耗較低，市場上已經(jīng)出現(xiàn)了閃存硬盤，也就是SSD硬盤，該硬盤的性價比進(jìn)一步提升。隨著制造工藝的提高、成本的降低，閃存將更多地出現(xiàn)在日常生活之中。

頁數(shù)量前面已經(jīng)提到，越大容量閃存的頁越多、頁越大，尋址時間越長。但這個時間的延長不是線性關(guān)系，而是一個一個的臺階變化的。譬如128、256Mb的芯片需要3個周期傳送地址信號，512Mb、1Gb的需要4個周期，而2、4Gb的需要5個周期。

頁容量每一頁的容量決定了一次可以傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量，因此大容量的頁有更好的性能。前面提到大容量閃存(4Gb)提高了頁的容量，從512字節(jié)提高到2KB。頁容量的提高不但易于提高容量，更可以提高傳輸性能。我們可以舉例子說明。以三星K9K1G08U0M和K9K4G08U0M為例，前者為1Gb，512字節(jié)頁容量，隨機(jī)讀(穩(wěn)定)時間12μs，寫時間為200μs;后者為4Gb，2KB頁容量，隨機(jī)讀(穩(wěn)定)時間25μs，寫時間為300μs。假設(shè)它們工作在20MHz。

讀取性能NAND型閃存的讀取步驟分為：發(fā)送命令和尋址信息→將數(shù)據(jù)傳向頁面寄存器(隨機(jī)讀穩(wěn)定時間)→數(shù)據(jù)傳出(每周期8bit，需要傳送512+16或2K+64次)。K9K1G08U0M讀一個頁需要：5個命令、尋址周期×50ns+12μs+(512+16)×50ns=38.7μs;K9K1G08U0M實際讀傳輸率：512字節(jié)÷38.7μs=13.2MB/s;K9K4G08U0M讀一個頁需要：6個命令、尋址周期×50ns+25μs+(2K+64)×50ns=131.1μs;K9K4G08U0M實際讀傳輸率：2KB字節(jié)÷131.1μs=15.6MB/s。因此，采用2KB頁容量比512字節(jié)頁容量約提高讀性能20%。

寫入性能NAND型閃存的寫步驟分為：發(fā)送尋址信息→將數(shù)據(jù)傳向頁面寄存器→發(fā)送命令信息→數(shù)據(jù)從寄存器寫入頁面。其中命令周期也是一個，我們下面將其和尋址周期合并，但這兩個部分并非連續(xù)的。K9K1G08U0M寫一個頁需要：5個命令、尋址周期×50ns+(512+16)×50ns+200μs=226.7μs。K9K1G08U0M實際寫傳輸率：512字節(jié)÷226.7μs=2.2MB/s。K9K4G08U0M寫一個頁需要：6個命令、尋址周期×50ns+(2K+64)×50ns+300μs=405.9μs。K9K4G08U0M實際寫傳輸率：2112字節(jié)/405.9μs=5MB/s。因此，采用2KB頁容量比512字節(jié)頁容量提高寫性能兩倍以上。

塊容量塊是擦除操作的基本單位，由于每個塊的擦除時間幾乎相同(擦除操作一般需要2ms，而之前若干周期的命令和地址信息占用的時間可以忽略不計)，塊的容量將直接決定擦除性能。大容量NAND型閃存的頁容量提高，而每個塊的頁數(shù)量也有所提高，一般4Gb芯片的塊容量為2KB×64個頁=128KB，1Gb芯片的為512字節(jié)×32個頁=16KB?？梢钥闯觯谙嗤瑫r間之內(nèi)，前者的擦速度為后者8倍!