閃存，萬(wàn)物的救星

ｌｅｅｙ

閃存是目前最常用的存儲(chǔ)技術(shù)之一。本文將對(duì)此進(jìn)行介紹。

假設(shè)當(dāng)拿出手機(jī)的電池后，其中保存的所有電話號(hào)碼都丟失了，或者需要持續(xù)對(duì)數(shù)碼相機(jī)保持供電。否則假日拍攝的照片都會(huì)消失。這樣的設(shè)備對(duì)我們來(lái)說(shuō)意義就幾乎沒什么用處，就像對(duì)于很老的收音機(jī)，在拔掉插頭后。其中存儲(chǔ)的電臺(tái)信息肯定都會(huì)消失，我們也不會(huì)希望新的收音機(jī)能夠保存這些信息。但是無(wú)論是否記得充電，我們肯定都希望自己的MP3隨身聽可以保留所有歌曲，只要通電后就可以播放。

對(duì)于這些設(shè)備，我們都需要使用非易失性內(nèi)存，這類內(nèi)存可以在斷電后繼續(xù)保留數(shù)據(jù)。在大部分比較新的設(shè)備中，這種內(nèi)存都是指閃存，小巧、廉價(jià)，而且?guī)缀跛须娮釉O(shè)備中都存在。這種存儲(chǔ)設(shè)備已經(jīng)開始有取代硬盤的趨勢(shì)，一些產(chǎn)品，例如Apple全新的Macbook Air筆記本電腦就有使用閃存的版本，而華碩Eee PC也需要使用這類存儲(chǔ)設(shè)備。

那么閃存到底是什么?工作原理是什么?在不同品牌和型號(hào)的產(chǎn)品之間有多少差別?在購(gòu)買時(shí)是否有什么注意事項(xiàng)?在本文中，我們會(huì)詳細(xì)介紹上述問(wèn)題。閃存的工作原理

如果您想要知道的僅僅是不同品牌和型號(hào)之間的差別，請(qǐng)?zhí)^(guò)這一段，直接閱讀下文有關(guān)購(gòu)買的章節(jié)。但如果您希望了解有關(guān)閃存的技術(shù)信息，請(qǐng)閱讀本節(jié)。閃存通過(guò)存儲(chǔ)微小的電信號(hào)，并用這些信號(hào)代表不同的二進(jìn)制位的方式工作，這些電信號(hào)在恰當(dāng)?shù)臈l件下可以保存長(zhǎng)達(dá)數(shù)年的時(shí)間。

閃存使用經(jīng)過(guò)特殊配置的晶體管(通常是金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管，也就是Mosfet)保存所有的電信號(hào)，常見的Mosfet具有三個(gè)連接，通常被稱作Source、Drain以及Gate(參見上圖)，Source和Drain之間的“通道”在門接線端(GateTerminal)上存在的電壓控制下進(jìn)行傳輸。在主門接線端之下，閃存的Mosfet還有一個(gè)額外的柵極(Gate Layer)，這就是“浮”柵，這樣的稱呼是因?yàn)檫@一層被絕緣層包圍，當(dāng)浮柵被充電后，就可以響應(yīng)主控柵的操作。

存儲(chǔ)單元的讀取是通過(guò)給主控柵施加電壓進(jìn)行的，而浮柵上電位的存在或不存在就代表了Source和Drain之間的流動(dòng)狀態(tài)，并對(duì)應(yīng)了保存的信息。

浮柵的充電是通過(guò)主控柵應(yīng)用較高電壓實(shí)現(xiàn)的，這會(huì)導(dǎo)致Source和Drain之間的電流發(fā)生變化，這樣就可以通過(guò)一種叫做熱電子注射(Hot-ElectronInjection)的方式為浮柵充電。

如果需要擦除單元的內(nèi)容，則需要給控制柵和Drain之間施加一個(gè)大的反向電壓脈沖，這樣會(huì)通過(guò)一種叫做量子隧穿(Quantum Tunnelling)的過(guò)程將電子從浮柵中放出。

另外還需要使用片上電荷泵(On-chip charge pump)產(chǎn)生對(duì)存儲(chǔ)單元進(jìn)行編程和擦除所需的電壓。這樣閃存芯片就可以在相當(dāng)?shù)偷碾妷汗?yīng)下工作。

閃存技術(shù)是早期EEPROM(Electricafly Era8able，Programmable，Read-OnlyMemory，電可擦寫可編程只讀存儲(chǔ)器)技術(shù)的改進(jìn)版，這種技術(shù)的發(fā)明原本是為了更方便地在設(shè)備上包含不需要拆除芯片即可更新的固件信息。EEPROM技術(shù)只能支持偶爾進(jìn)行的寫循環(huán)，而且速度非常慢，但從“閃存”的名稱即可看出，該技術(shù)具有更快的讀寫速度，并且可以進(jìn)行更多次數(shù)的寫循環(huán)。

閃存速度快的主要原因是，閃存的編程周期可以影響整個(gè)內(nèi)存塊，而不像EEPROM那樣只能影響特定的字節(jié)。

閃存是由東芝公司的Fujio Masuoka在1984年發(fā)明的，而據(jù)說(shuō)他的同事建議將其改名為“閃存”，因?yàn)樵诓脸^(guò)程中使用的突發(fā)高電壓令他想起了照相機(jī)的閃光燈。

閃存芯片可以由NOR或NAND邏輯門柵組成，雖然早期產(chǎn)品主要使用NOR門柵，但設(shè)計(jì)師很快就意識(shí)到，通過(guò)某些特定編程和讀取存儲(chǔ)單元的靈活性，使用NAND門柵的方式進(jìn)行串行連接，他們可以在同樣大小的芯片中裝入更多字節(jié)。目前，幾乎所有產(chǎn)品都使用了NAND閃存。

購(gòu)買產(chǎn)品

閃存產(chǎn)品的購(gòu)買可能是一個(gè)非常令人迷惑和困擾的過(guò)程，有點(diǎn)像購(gòu)買汽車和電子產(chǎn)品，因?yàn)檫@類產(chǎn)品的介紹通常并不是很完善，很難將其作為購(gòu)買時(shí)進(jìn)行比較和決策的理由。

閃存產(chǎn)品的區(qū)別主要有六種：存儲(chǔ)設(shè)備的物理格式(SD卡、記憶棒、CF卡等)、存儲(chǔ)器使用的芯片類型、讀寫速度、類似捆綁的軟件或商用加密(最近新出現(xiàn)的功能)等增值功能，以及對(duì)消費(fèi)者影響最大的兩個(gè)屬性：存儲(chǔ)容量和價(jià)格。

價(jià)格方面的考慮通常會(huì)影響到對(duì)品牌的選擇，例如到底是購(gòu)買名牌產(chǎn)品或者雜牌產(chǎn)品。而購(gòu)買非常便宜的阿存通常并不會(huì)更節(jié)省，但這主要也取決于要保存的數(shù)據(jù)對(duì)您的重要程度。

在確定了要購(gòu)買的閃存類型，例如決定要購(gòu)買USB接口的存儲(chǔ)產(chǎn)品，或CF卡之后，通常結(jié)果就很簡(jiǎn)單了，然而如果是在線購(gòu)買也還需要注意，因?yàn)橛行┥碳业漠a(chǎn)品介紹可能很簡(jiǎn)單，我們會(huì)在本文稍后介紹不同格式的優(yōu)點(diǎn)和不足。如果需要考慮芯片的類型，從實(shí)踐角度來(lái)看，目前市場(chǎng)上幾乎所有閃存都使用了NAND門柵，因此在購(gòu)買時(shí)并不需要過(guò)多考慮。

合理選擇閃存產(chǎn)品主要是需要了解要使用該閃存的數(shù)碼設(shè)備的支持情況。例如，如果您要使用閃存的數(shù)碼相機(jī)并不支持最快(Ultra DMS)的內(nèi)存訪問(wèn)，那么就沒必要購(gòu)買最快的CF卡。一般來(lái)說(shuō)，在購(gòu)買新的最高速的閃存卡時(shí)，為了避免買回來(lái)沒法用，最好確認(rèn)一下數(shù)碼設(shè)備支持的最大數(shù)據(jù)傳輸率，并確認(rèn)設(shè)備可支持的閃存最大容量。因?yàn)橐恍├系脑O(shè)備可能無(wú)法讀取大容量存儲(chǔ)卡，或者可能需要首先更新固件。

閃存的速率

雖然消費(fèi)者很少考慮，不過(guò)閃存的“速度”或傳輸率是個(gè)相當(dāng)重要的參數(shù)。有關(guān)數(shù)碼相機(jī)，有一個(gè)最常聽到的看法就是，拍攝速度太慢，導(dǎo)致錯(cuò)過(guò)了最佳的按快門時(shí)間。而如果使用閃存進(jìn)行文件傳輸或備份，肯定沒人希望花很長(zhǎng)時(shí)間等待文件傳輸完成。

制造商喜歡將自己的閃存產(chǎn)品都標(biāo)榜為“超高速度”，但通常都會(huì)用很不起眼的方式將實(shí)際傳輸速度標(biāo)注在角落。一些廠商，例如Sandisk喜歡使用描述性的產(chǎn)品名稱代表速度，例如Extreme、Ultra等，而金士頓科技等廠商喜歡使用速度的相對(duì)倍數(shù)“x”作為產(chǎn)品的名稱。這一點(diǎn)類似CD和DVD光驅(qū)等產(chǎn)品，使用第一代產(chǎn)品速度的倍率進(jìn)行標(biāo)注，IX被規(guī)定為150Kbps或0.15Mbps，同理，這也正是1XCD-Rom光驅(qū)的實(shí)際速度。

為了幫助您看清混亂的市場(chǎng)，個(gè)人電腦實(shí)驗(yàn)室提供了一個(gè)有關(guān)閃存測(cè)試(使用HD Tach

進(jìn)行測(cè)試)。通過(guò)測(cè)試我們發(fā)現(xiàn)，就算最快的產(chǎn)品也無(wú)法獲得超過(guò)20Mbps的平均速度，而這已經(jīng)是目前最快的USB 2讀卡器的速度極限，而非卡的局限。有些使用Firewire接口的讀卡器雖然宣稱可以達(dá)到40Mbps的傳輸率，但在撰寫本文時(shí)這類產(chǎn)品僅支持CF卡。

壽命

閃存的壽命是制造商絕對(duì)不愿意面對(duì)的問(wèn)題，而我們也很少會(huì)在他們的網(wǎng)站上找到關(guān)于使用壽命之類的說(shuō)明。然而有些業(yè)界專家都發(fā)布過(guò)自己評(píng)估的將閃存作為硬盤使用時(shí)的理論壽命信息，這種測(cè)試通常都是高壓測(cè)試，進(jìn)行的讀寫周期通常介于100，000(這通常是芯片制造商的標(biāo)準(zhǔn))到兩百萬(wàn)次之間，而實(shí)際計(jì)算出的使用壽命通常介于50.74(數(shù)據(jù)來(lái)自www.storagesearch.com)到12.9(數(shù)據(jù)來(lái)自Bit Micro)年之間。

理論上，因?yàn)樵跀?shù)碼相機(jī)以及一般性的文件傳輸工作中，實(shí)際的使用率要低很多，因此用于這些用途的閃存壽命已經(jīng)絕對(duì)夠長(zhǎng)了。而過(guò)于頻繁的插入和拔出則更容易導(dǎo)致連接器在閃存芯片損壞之前就壞掉。

在數(shù)據(jù)被編程以及數(shù)據(jù)被讀取這段時(shí)間之內(nèi)，數(shù)據(jù)的最大存留時(shí)間也是一個(gè)需要關(guān)心的問(wèn)題。也就是說(shuō)，需要多長(zhǎng)時(shí)間之后，在打開設(shè)備后，才會(huì)發(fā)現(xiàn)其中保存的數(shù)據(jù)已經(jīng)丟失了。以Kingston為例，他們的閃存產(chǎn)品宣稱在常規(guī)使用下有“高達(dá)十年”的數(shù)據(jù)保留期，與其他非易失性存儲(chǔ)設(shè)備相比，這個(gè)時(shí)間已經(jīng)相當(dāng)出色了。

主要的品牌

閃存卡是大容量的商業(yè)產(chǎn)品，因此很容易知道最主流或最受歡迎的品牌是什么，但比較困難的是了解芯片的制造商，誰(shuí)制造了外殼。并對(duì)芯片進(jìn)行的封裝。存儲(chǔ)芯片已經(jīng)成為日本制造商的主要現(xiàn)金來(lái)源，東芝、三菱以及富士通制造了絕大部分的閃存芯片，另外韓國(guó)廠商三星電子(以41.2％的市場(chǎng)份額位居第一)以及現(xiàn)代半導(dǎo)體(位居第三)也控制了絕大部分市場(chǎng)。雖然發(fā)明了該技術(shù)的東芝目前以22.5％的市場(chǎng)份額位居第二，不過(guò)該公司最近也發(fā)布了龐大的擴(kuò)張計(jì)劃。

在國(guó)內(nèi)，存儲(chǔ)方面的主流品牌是金士頓和美國(guó)公司Sandisk(東芝的合作伙伴，www.sandisk.com)，另外還有Kingmax，Transcend以及Sony著名的品牌。除此之外，我們往往還會(huì)看到由數(shù)碼相機(jī)廠商發(fā)布的自有品牌的存儲(chǔ)卡，但這些通常都是由Sandisk或東芝生產(chǎn)的。

閃存的價(jià)格

對(duì)于硬盤來(lái)說(shuō)，很容易分析每GB的成本，并找出具有最低每GB成本的最佳“性價(jià)比”硬盤容量。但對(duì)于閃存來(lái)說(shuō)，每GB的成本則有些難以判斷，因?yàn)殚W存的價(jià)格還受到速度的影響。另外對(duì)于一些小容量的閃存，例如容量在1、2、4到8GB之間的范圍內(nèi)，則有大量不同類型的閃存可供選擇。

對(duì)USB閃存設(shè)備的售價(jià)分析表明，這類設(shè)備每GB的成本在30到190元人民幣之間。對(duì)于CF卡，在60到200元人民幣之間，對(duì)于SD卡，則在60到180元之間。

通常每GB成本較高的閃存設(shè)備除了存儲(chǔ)本身外，還會(huì)提供一些附加值。例如設(shè)備可能捆綁有用于備份或數(shù)據(jù)恢復(fù)的軟件，或者具有額外的硬件能力，例如內(nèi)建的加密或帶有USB適配器。在最高端的市場(chǎng)中，甚至還有一些產(chǎn)品，例如SafebootPhantom，該產(chǎn)品甚至包含指紋掃描器。但如果您發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品不可思議地便宜，則一定要小心，有可能是假貨(參見下文)。

閃存的未來(lái)

除了超小型計(jì)算機(jī)，例如華碩的Eee PC使用了閃存，另外大部分MP3隨身聽以及數(shù)碼相機(jī)在使用閃存外。閃存還有一個(gè)非常光明的未來(lái)?，F(xiàn)在閃存設(shè)備開始以傳統(tǒng)2.5英寸筆記本電腦硬盤的形式出現(xiàn)，并有取代傳統(tǒng)硬盤的趨勢(shì)，例如今年年初，中國(guó)臺(tái)灣制造商A-data(www.adata.com.tw)曾展示過(guò)容量為128GB的固態(tài)硬盤(SSD)原型，另外左圖展示的是Crucial發(fā)布的64GB SSD。Apple的Macbook Air就已經(jīng)提供了使用SSD的配置，而聯(lián)想ThinkPadX300則只提供64GB的SSD硬盤。

隨著技術(shù)的進(jìn)步，使用閃存進(jìn)行大容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)已經(jīng)變得越來(lái)越吸引人，閃存更小，結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單，更穩(wěn)定，功耗更低，而且要比大部分人想象中更可靠和持久。目前，和硬盤相比，閃存的不足在于容量依然無(wú)法做得太大，完全跟不上硬盤容量的增長(zhǎng)。目前緩存容量的增長(zhǎng)速度很慢，而且每GB的成本還相當(dāng)高。目前一塊外置500GB硬盤的成本通常在1000元人民幣之下，而每GB的成本不到2元。作為對(duì)比，典型的閃存卡每GB成本還在30到320元左右。

未來(lái)，閃存的價(jià)格還會(huì)不可避免地降低，而同時(shí)容量和速度會(huì)進(jìn)一步提升，這使得閃存的吸引力會(huì)逐漸超過(guò)硬盤。