固态硬盘的寿命限制主要来自有限数量的写入-擦除周期,闪存具体能够擦写多少次通常还取决于主控所采用的纠错引擎。
当前我们使用的固态硬盘几乎都采用了NAND闪存,它是由东芝在1987年发明。闪存依靠保存电荷来记录数据,我们可以把对闪存的写入想象为向电池中充电,而擦除过程就是将电池中的电量迅速放光。
闪存单元中的Floating Gate浮栅结构充当了“电池”的角色,它可以被“放电”或者“充电”。依据电压的不同,闪存就可以表达出电脑二进制0或1。
固态硬盘能够在电脑关机后继续保存记忆,关键在于位于Floating Gate浮栅下方的Tunnel Layer隧道层。它起到了防止浮栅中电子流失的作用。但长期和反复的读写会在闪存隧道氧化物层上产生应力,导致缺陷的出现。
产生缺陷的隧道氧化物层阻挡电子流失的能力下降,在长期不通电的情况下,闪存单元中的电流流失过多,就会改变其电压状态,进而导致数据在读取时出错。
从原理上说,隧道氧化物层的“磨损”是不可逆的,所以固态硬盘终有一死。不过在闪存从平面转向立体堆叠的过程中,闪存单元的结构也进行了升级。
最早在2007年由东芝提出的BiCS三维闪存结构中使用Charge Trap电荷陷阱取代Floating Gate,前者为绝缘体,对电子的保持能力更强,同时允许使用更薄的隧道氧化物层,进而能够在写入和擦除时使用相对较低的电压,减少对氧化物层的“磨损”。
当然,东芝BiCS闪存的优势还有很多:高密度高容量、更快的写入速度、高可靠性、低功耗等等。
由东芝推动的闪存技术创新允许将固态硬盘作为数据长期存储载体,并提供极高的安全性,正常家用无需担心寿命。