闪存
什么是闪存?
闪存是任何类型的驱动器，存储库或系统使用闪存将数据保存一段较长的时间。闪存在今天的小型计算设备和大型商业存储系统中很常见。从便携USB驱动器、智能手机、相机和嵌入式系统到企业级全闪存阵列(阿发)．Flash被打包成不同的格式用于不同的存储目的，通常被称为固态存储因为它没有活动部件。
闪存是如何工作的？
闪存使用电容器上的电荷存储数据，以表示二进制数字(位)．它通常封装在附着在印刷电路板上的表面安装芯片中。由于不涉及移动机械部件，耗电量较低。典型的串行先进技术附件(萨塔闪存驱动器消耗机械SATA硬盘驱动器(hdd)所需能量的50%或更少，并且在消费硬盘中可能能够超过每秒500 MB的顺序读取速度——甚至比最快的企业级机械硬盘还要快。闪存驱动器没有文件访问的机械限制，这使访问时间能够以微秒为单位，而不是机械hdd所需的毫秒查找时间。结果是延迟减少了几个数量级。
大多数闪存存储系统由内存芯片和flash控制器。内存芯片存储数据，而控制器管理对内存单元上存储空间的访问。闪存控制器通常是多通道的，与随机存取内存（RAM）缓存一起工作。缓存缓冲进出多个芯片的数据，从而提高速度。
消费类设备中的闪存存储
闪存广泛应用于消费类设备。智能手机和MP3播放器已经放弃了机械式HDD；闪存在紧凑性和功耗方面具有优势。在笔记本电脑中，闪存存储提供了额外的好处，即更能抵抗高性能的影响重力加速度这些设备在他们的移动生活中经常遇到颠簸和掉落。这种坚固的特性使驱动器能够通过这些事件维持功能，从而保护数据。闪存在笔记本电脑中比在台式电脑中更为普遍。
闪光灯也是数码相机、平板电脑和数码摄像机中的标准存储形式。光刻收缩和更密集类型闪光灯的发展使容量得以增加，使闪光灯适合小型化应用。
企业中的闪存存储
闪存在企业存储系统中的应用持续增长。最初的部署侧重于加速输入/输出(I/O)密集型应用程序，如数据库和虚拟桌面基础设施(VDIs)。随着闪存成本的下降，企业试图利用它的性能和低延迟优势，用例已经扩展到一般的企业工作负载和关键任务应用程序。
闪存的历史
Fujio Masuoka博士被认为是发明者也不和与非闪存，两种主要类型的闪存，他在20世纪80年代为东芝工作时。与EEPROM使用的缓慢过程相比，新格式可以在大数据块中编程和擦除的能力让一位同事想起了Masuoka的照相机闪存。NOR和NAND是以这种方式命名的浮式闸门存储数据的存储单元之间以某种类似NOR或NAND的配置相互连接逻辑门．
英特尔对NOR闪存的兴趣是被激发的，因为NOR闪存作为该公司当时正在发货的EEPROM芯片的更高功能的替代品。该公司在1988年发布了第一个NOR闪存芯片。东芝随后在1989年推出了第一批NAND闪存芯片。
到2000年代中期，NAND闪存似乎将触及硬扩展极限。这是因为用于缩小晶体管的光刻工艺将不再足以维持行业和客户已经习惯的价格下降和性能改善。2006年，东芝开发了一种名为钻头成本缩放(BiCS)的新工艺来克服这些问题。
bic并没有继续试图缩小晶体管，而是使制造商能够通过垂直而不是水平地构建晶体管，从而大大增加芯片上的晶体管数量，就像标准的平面NAND技术所做的那样。3D NAND与平面NAND是向后兼容的，因此任何支持后者的设备都可以向前者读写数据，反之亦然。
NAND闪存芯片的主要制造商包括Intel、Micron Technology、三星、SK Hynix、东芝和Western Digital的SanDisk部门。NOR闪存的主要制造商包括Cypress Semiconductor、Macronix、Microchip Technology、Micron Technology和Winbond。
固态硬盘
非易失性固态驱动器(固态硬盘)使用固态闪存持久存储数据。它的主要部件包括NAND闪存芯片和闪存控制器。SSD控制器经过设计和优化，为随机和顺序数据请求提供高读写性能。制造商通过在网格中堆叠芯片来实现ssd的不同密度和容量。
在固态硬盘中使用的每个闪存单元都有一个存储晶体管，叫做浮置栅极晶体管（FGT），带有一个浮栅和一个由薄氧化层隔开的控制栅，以控制电流的流动。正是FGT防止了波动，因为它使SSD即使未连接到电源也能保留存储的数据。
SSD中的每个FGT包含一个单比特数据。如果一个位被指定为1，它就是一个带电单元。如果一个位被指定为0，这意味着单元缺乏电荷。从浮动栅上增加(充电)或移除(放电)电子是闪存的工作原理。
在浮动栅中添加或捕获电子是通过以下两种过程之一完成的:隧道效应或通道热电子注入。
EMC，现在的Dell EMC，被认为是第一家将SSD集成到企业存储产品中的供应商，其2008年的Symmetrix磁盘阵列。苹果2005年的iPod是第一个在消费类设备中显著使用SSD的供应商。
flash和SSD的区别是什么?
闪存和SSD这两个术语通常可以互换使用，但它们有不同的含义。SSD是指包含flash存储的硬盘。换句话说，闪存只是SSD的组成部分之一。除了闪存，SSD还包含一个接口，可以将SSD插入PC的存储控制器。例如，SSD可能包含SATA接口。
所有ssd盘都包含flash，但并不是所有ssd盘都使用flash。闪存被用于无数其他应用，如USB闪存驱动器，micro SD卡，甚至智能手机。
闪存vs.传统hdd
与传统HDD相比，NAND闪存存储具有优势。HDD的每存储数据位成本较低，但闪存驱动器可以提供更高的性能、更低的延迟和更低的功耗。其紧凑的尺寸也使闪存适合于小型消费类设备。
在企业系统在美国，flash可以使企业整合存储并降低总拥有成本(TCO)。处理事务和向使用较慢hdd的系统提供可比较的性能级别需要更少的ssd。企业可实现机架空间、系统管理、维护、电力和制冷成本的节约。数据减少技术，如全闪存存储系统中的内联重复数据删除和压缩，也使企业能够减少数据占用。
随着人们对闪存的兴趣不断增长，行业观察人士注意到一个经常被忽视的关于闪存的警告。虽然闪存的速度和随机读访问远优于传统硬盘驱动器，但在高写工作负载下的大量使用可能会降低寿命。这种持久性的减少是由于flash对写-擦除周期的容忍度相对有限。制造商使用诸如穿平和DRAM/非易失性RAM缓存，以提供更好的闪存性能，同时减少闪存SSD写磨损，以提高可靠性。
与hdd不同，hdd受其可移动部件的限制，ssd有各种各样的形式因素。支持SATA, SAS和非易失性内存express (NVMe)协议，2.5英寸的SSD是最常见的SSD类型。根据存储网络行业协会的固态存储计划(Solid-State Storage Initiative)的定义，它属于传统的固态硬盘(HDD)，因为它可以安装在服务器上相同的SAS和SATA插槽中。
ssd的其他主要类型包括固态卡和固态模块。前者以标准外接程序卡的形式出现——例如，使用外围组件互连Express (作为PCIe)，并绕过主机总线适配器(hba)以加快存储性能。一个U.2 SSD是此类设备的一个示例。后一种类型的SSD，也称为非易失性双列直插存储模块(NVDIMM)卡，采用内存条或小外形的SO-DIMM (dual in-line memory module)格式。
Flash存储格式
NOR闪存提供字节级内存寻址，实现真实、随机访问和良好的读取速度。正是这种寻址能力使英特尔对NOR感兴趣，因为该技术符合基本输入/输出系统（BIOS）和可扩展固件接口（EFI）的要求应用程序。NOR闪存比NAND的每GB成本更高，因为它的单个单元尺寸更大。NOR的写入和擦除时间也比NAND慢。
NAND和NOR都使用电子的量子隧穿来移动电子通过细胞壁的电介质绝缘材料，随着时间的推移，这种材料会退化。NOR闪存是可擦除的，这使得它可以很好地替代EEPROM或基于ROM的固件BIOS和EFI芯片，在这些芯片中，可寻址性和读取速度都是一个福音，而重写功能则会降低易受攻击性不那么重要。
NAND提供了比NOR闪存更高的写入速度，以及更低的每GB成本。较低的成本是NAND存储单元的字符串设计的结果，节省了芯片空间，并减少了每GB芯片的总体尺寸。NAND可以采用单级单元(SLC)和多层单元(多层陶瓷)表格，其中包括企业MLC(eMLC)及三级电池(薄层色谱)．SLC存储每个单元的一位信息。SLC通常提供更高的速度——特别是在写操作时——更长的寿命和更少的位错。MLC提供了更多数据的存储容量，因为它的单元能够存储更多级别的电荷(或状态)，这使它能够在每个单元存储多个比特的数据。MLC的容量是SLC的两倍;TLC提供了第三位。额外的充电，加上更智能的闪存控制器和固件，也可以实现比特错误校正。
闪存接口
用于计算机内存的闪存有多种接口，包括USB、SAS、SATA、，M.2和作为PCIe。usb3.1 Gen 2，被称为SuperSpeed usb10gbps，于2013年上市，在闪存驱动器、外壳和移动设备中普遍使用。
SATA是台式机和笔记本电脑的常用格式，6gb的版本可以消除带宽瓶颈。SAS从2015年开始批量出货12gbps。基于sas的ssd盘广泛应用于企业存储系统。
pcie连接的闪存提供了足够的带宽，以支持未来的扩展，并代表了对速度要求极高的产品。
NVMe使用的技术基于PCIe的SSD通过简化I/O堆栈，进一步减少延迟、提高每秒输入/输出操作（IOPS）并降低功耗。
数据中心中的Flash
具有I/O密集型应用程序（如高交易率数据库和信用卡处理系统）的数据中心正越来越多地转向闪存存储，以此作为一种高效且经济高效的方式来提高吞吐量，而无需添加更多服务器。
主要的存储系统制造商提供全闪存系统和混合数组，配有ssd和hdd。众多的全闪存存储专家也纷纷涌现，向现有企业发起挑战。配备闪存的服务器也越来越普遍，可以进一步减少延迟。
正在寻找解决hdd所代表的能源消耗的方法的数据中心管理人员正在研究闪存作为一种方法实现绿色计算或绿色数据中心基准。Flash ssd提供了比hdd低得多的功耗的高带宽，这使它们成为这个应用程序的一个很好的选择。
闪存存储市场的未来
闪存的最新进展包括越来越多的存储阵列供应商在其产品中增加对NVMe的支持，以大大加快闪存和服务器之间的数据传输。NVMe利用高性能PCIe总线使应用程序和闪存直接通信。
与NVMe和pcie连接的ssd一起兴起并日益流行的是nvdimm。这些设备集成了NAND闪存和DRAM和电源，直接插入内存总线上的标准内存插槽。NVDIMM卡上的flash存储用于对DRAM中的数据进行备份和恢复，保证电源的不挥发性。
也有3 d XPoint由英特尔和美光开发的存储器，已成为英特尔Optane产品的基础。XPoint内存主要用于创建高性能ssd，在必须最小化写延迟的情况下特别有用。此外，现代英特尔芯片组的设计支持3D XPoint。
其他类型的存储器——比如可以追溯到1970年的相变存储器(PCM)——已经成为NAND闪存的可能替代品。这些新内存类型的例子包括:
- 磁阻的RAM (MRAM）
- 铁电存储器（FRAM）
- conductive-bridging内存(CBRAM)
- 电阻随机存取存储器(ReRAM）
- 氧化物基电阻RAM（OxRRAM）
- Nano-RAM (NRAM)
这些技术旨在提供高性能、非挥发性和低功耗。他们还承诺，闪存行业将超越DRAM和NAND闪存的规模限制。
Flash的爱好者
从消费者的角度来看，游戏玩家是闪存存储的最早采用者之一。由于早期闪存驱动器的每GB成本较高，总体容量相对较低，游戏玩家通常会将游戏安装到闪存存储上，同时将传统HDD用于操作系统和其他一切。
随着价格的下降和更高容量的ssd可用，许多消费者已经完全转向闪存。闪存为游戏、视频编辑和CAD绘图等数据密集型应用程序提供了更好的整体性能。
