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固态硬盘|数字存储完全指南——固态硬盘的历史、结构与原理( 四 )

数码固态硬盘半导体机械闪存



这个时候的固态硬盘其实已经有进入民用的条件 ， 1980 年 256KB 的固态储存才 1000 美元左右（折合现在 3000 美元） ， 按照当时的电脑价格来讲并没有到离谱的程度 。
用到现在的成熟技术：闪存 Flash
1980 年 ， 在东芝工作的日本科学家 Fujio Masuoka（舛冈富士雄）在 EEPROM 基础上发明了闪存 。 这位科学家也是个牛人 ， EEPROM 的前身 SAMOS 储存器也是他发明的 ， 闪存应用之后 ， 他的团队还发明了第一个 3D 晶体管（GAAFET） ， 优势是可以在 7 纳米以下的尺寸工作 ， 直到现在 3 纳米 GAAFET 还是世界上最小的纳米电子器件 ， 2021 年都还没有实现量产 ， 这位牛人可谓是包圆了固态储存领域 。


实际上 NOR 和 NAND 闪存都是舛冈富士雄先后（19801986）发明出来的 ， 但他的发明在东芝却不被重视 ， 还要自己拿着样品去参加 IEEE 大会 ， 引起了轰动后被英特尔注意到才大力研发 ， 甚至发明 NAND 闪存后只有几百美元奖金和一个闲职 ， 这也导致了后来富士雄 2006 年起诉东芝 ， 获得百万美元赔偿的结果 。

作为发明公司 ， 东芝是第一个开始卖闪存固态的 ， 1987 年推出了他们的第一款商用 NAND 闪存 ， 1988 年英特尔推出了第一款商用的 NOR 闪存 ， 但东芝不受重视的态度让它基本没有市场 ， 英特尔则靠着相关技术霸占市场 ， 获得了几十亿美元的利润 。


闪存分为两个类型 ， 平时我们或许听过 NAND 和 NOR 闪存就是指这两个类型 ， 从名字就可以看出它们是用原理对应的逻辑门来命名的 ， 具体原理下面会讲 。 简单来讲就是之前那些 ROM 必须完全擦除才能重写 ， 速度又慢又浪费寿命 ， 而闪存可以做到按块/页进行擦除 ， 写入和读取 ， 而且可以做到很快速的擦除 ， 闪存的名字是按照发明者同事的建议命名的 ， 擦除过程就是像闪光灯一样迅速 ， 所以叫做闪存 。 闪存就是为了「更快」而诞生的 。

从结构上看 ， 这两款闪存的区别是：

NAND 闪存单元体积比较小 ， 所以密度更高 ， 同样成本可以做到更大容量 ， 同时按块方式让擦写读取速度都很快 ， 擦写寿命也比较长；缺点是必须按照块来擦写 ， 也没有真正的随机访问能力 ， 也可靠性相对较低 。


NOR 闪存单元体积比较大 ， 容量就很小 ， 擦写速度非常慢 ， 但读取速度很快 。 可以按字节为单位提供真正的随机访问能力 ， 这意味着它可以就地执行代码（不用把代码搬到运行内存） ， 可靠性也比较高 ， 也因为如此擦写寿命比较短 。

从这两个闪存类型可以看出 ， NAND 容量大读写都快的特点适合做大容量储存 ， 事实上我们现在的固态硬盘基本都是 3D NAND 闪存；而 NOR 可以就地执行代码和真正随机访问的能力 ， 加上很快的读取速度就非常适合用来装程序文件 ， 比如主板上的 BIOS 通常就是 NOR 闪存 。 这两个类型和它们的详细区别在下面都会详细介绍 。


从这里开始就是我们熟悉的固态储存世界了 ， 闪存单元能做到在微观尺寸正常工作 ， 意味着只要工艺一直提升 ， （物理极限下）同体积容量就能够做到越来越大 。 1991 年闪迪为 IBM 研发了世界上第一个 2.5 寸闪存固态硬盘 ， 20MB 容量只要 1000 美元；之后 10年固态硬盘容量迅速突破 GB 级 ， 1996 年 ATTO SiliconDisk II 就达到了 1.6GB ， 2000 年 E-Disk ATE35 3.5 寸固态硬盘就有 19GB 可选 ， 2003 年就有 TB 级别的系统 ， 接下来就是我们熟知的大公司入场 ， 各种合并收购 ， 形成现在的局面了 。

虽然价格是一大阻碍 ， 但相比脆弱的机械硬盘 ， 可靠的固态硬盘在军用 ， 商用和民用领域都发展非常迅速 ， 价格也从之前的天价迅速降到现在 1G 不足 1 块钱 。

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