闪存，是一种非易失性存储器，可以以块为单位擦除数据。在将数据写入或编程到微芯片之前，必须擦除存储在闪存芯片上的块。无论配备闪存的设备是打开还是关闭，闪存都会长时间保留数据。

闪存用于企业服务器，存储和网络技术，以及广泛的消费设备，包括USB闪存驱动器，移动电话，数码相机，平板电脑，笔记本电脑中的PC卡和嵌入式控制器。例如，基于 NAND 闪存的固态驱动器通常用于加速I / O密集型应用程序的性能。NOR闪存通常用于在PC中保存控制代码，例如基本输入/输出系统（BIOS）。

闪存越来越多地用于内存计算，以帮助提高性能并提高管理和分析越来越大的数据集的系统的可扩展性。

闪存技术的起源

Fujio Masuoka博士在20世纪80年代为东芝工作时被认为是闪存的发明。据报道，Masuoka的同事Shoji Ariizumi创造了flash一词，因为从半导体芯片中删除所有数据的过程让他想起了相机的闪光。

闪存从可擦除可编程只读存储器（EPROM）和电可擦除可编程只读存储器（EEPROM）演变而来。Flash在技术上是EEPROM的变体，但业界保留术语EEPROM用于字节级可擦除存储器，并将术语闪存应用于更大的块级可擦除存储器。

使用闪存的器件在块级擦除数据并在字节级重写数据 - NOR闪存 - 或多字节页级 - NAND闪存。闪存广泛用于消费设备，企业系统和工业应用中的存储和数据传输。

闪存如何工作？

闪存架构包括堆叠有大量闪存单元的存储器阵列。基本快闪存储器单元由具有控制栅极和浮动栅极的存储晶体管组成，该浮动栅极通过薄介电材料或氧化物层与晶体管的其余部分绝缘。浮栅存储电荷并控制电流的流动。

将电子添加到浮动栅极或从浮动栅极移除电子以改变存储晶体管的阈值电压。改变电压会影响单元是编程为零还是一个。

称为Fowler-Nordheim隧穿的过程从浮动栅极移除电子。Fowler-Nordheim隧道效应或称为通道热电子注入的现象捕获浮动栅极中的电子。

通过Fowler-Nordheim隧穿，数据通过控制门上的强负电荷被擦除。这迫使电子进入通道，其中存在强正电荷。

当使用Fowler-Nordheim隧穿来捕获浮动栅极中的电子时，会发生相反的情况。在存在高电场的情况下，电子设法通过薄氧化层锻造到浮栅，在电池的源极和漏极上具有强负电荷，在控制栅极上具有强正电荷。

通道热电子注入（也称为热载流子注入）使电子能够穿过栅极氧化物并改变浮动栅极的阈值电压。当电子从通道中的高电流和控制栅极上的吸引电荷获得足够量的能量时，发生这种突破。

无论由于氧化物层产生的电隔离，包含闪存单元的器件是否正在接收功率，电子都被捕获在浮栅中。此特性使闪存能够提供持久存储。

EPROM和EEPROM单元的工作方式类似于闪存，用于写入或编程数据，但与闪存的数据擦除方式不同。通过从系统中移除芯片并将阵列暴露于紫外光来擦除EPROM。EEPROM以字节级电子方式擦除数据，而闪存则以块级电子方式擦除数据。

NOR与NAND闪存

有两种类型的闪存：NOR和NAND。

NOR和NAND闪存的架构和设计特征不同。NOR闪存不使用共享组件，可以并行连接各个存储单元，实现对数据的随机访问。甲NAND闪存单元更紧凑并且具有较少的位线，串联在一起浮栅晶体管，以增加存储密度。

NAND更适合串行而非随机数据访问。NAND闪存工艺几何形状是响应于平面NAND而达到其实际的缩放极限而开发的。NOR闪存在数据读取方面很快，但在擦除和写入时通常比NAND慢。NOR闪存以字节级编程数据。

NAND闪存以页面形式编写数据，这些数据大于字节但小于块。例如，页面可能是4千字节（KB），而块可能是128 KB到256 KB或兆字节。对于写密集型应用，NAND闪存比NOR闪存消耗更少的功率。

NOR闪存比NAND闪存更昂贵，并且主要用于消费者和嵌入式设备用于引导目的和用于代码存储的只读应用。NAND闪存更适合用于消费设备和企业服务器及存储系统中的数据存储，因为其存储数据的每比特成本更低，密度更高，编程和擦除（P / E）速度更高。

除了其他存储器技术之外，诸如照相手机之类的设备可以使用NOR和NAND闪存，以促进代码执行和数据存储。

闪存形状因素

基于闪存的介质基于硅衬底。它们也称为固态设备，广泛用于消费电子和企业数据存储系统。

Solid State Storage Initiative已经确定了三种SSD外形：
1、适合传统机电硬盘驱动器（HDD）使用的相同插槽的SSD。SSD具有类似于集成电路的架构。
2、位于印刷电路板上并使用标准卡形状因子的固态卡，例如外围组件互连高速（PCIe）。
3、固态模块，适用于使用标准HDD接口的双列直插式内存模块（DIMM）或小型双列直插式内存模块，例如串行高级技术附件（SATA）。

另一个子类别是将传统HDD与NAND闪存模块相结合的混合硬盘驱动器。混合硬盘通常被视为弥合旋转介质和闪存之间鸿沟的一种方式。

全闪存和混合闪存

闪存的出现推动了全闪存阵列的兴起。这些系统仅包含SSD。与所有基于磁盘的存储阵列相比，它们在性能方面具有优势，有时还可降低运营成本。除了媒体之外，主要区别在于用于将数据写入存储设备的底层物理架构。

基于HDD的阵列具有致动器臂，该数据可以将数据写入磁盘上特定扇区的特定块。全闪存存储系统不需要移动部件来写入数据。写入直接写入闪存，自定义软件处理数据管理。

甲混合闪存阵列的共混物磁盘和SSD。混合阵列使用SSD作为缓存来加速对频繁请求的热数据的访问，随后将其重写到后端磁盘。许多企业通常通过将数据复制到外部磁带库来存档数据。

Flash plus tape（也称为flape）描述了一种分层存储，其中闪存中的主要数据同时写入线性磁带系统。

除闪存阵列外，在基于x86的服务器中插入SSD的能力也提高了技术的普及程度。这种安排被称为服务器端闪存，它使公司能够回避与购买昂贵和集成的闪存存储阵列相关的供应商锁定。

将闪存放入服务器的缺点是客户需要在内部构建硬件系统，包括从第三方供应商处购买和安装存储管理软件堆栈。

闪存的优缺点

闪存是半导体存储器中最便宜的形式。与动态随机存取存储器（DRAM）和静态RAM（SRAM）不同，闪存是非易失性的，功耗更低，可以在大块中擦除。另外，从正面来看，NOR闪存提供快速随机读取，而NAND闪存在串行读取和写入时速度很快。

采用NAND闪存芯片的SSD可提供比传统磁介质（如HDD和磁带）更高的性能。与HDD相比，闪存驱动器也消耗更少的电力并产生更少的热量。配备闪存驱动器的企业存储系统能够实现低延迟，以微秒或毫秒为单位。

闪存的主要缺点是磨损机制和晶胞间干扰随着晶粒变小而变小。比特可能因过多的编程/擦除周期而失败，这最终会破坏捕获电子的氧化层。劣化可能使制造商设定的阈值失真，在该阈值处确定电荷为零或一。电子可能逃逸并卡在氧化物绝缘层中，导致错误和钻头腐烂。

轶事证据表明，一旦担心，NAND闪存驱动器并没有磨损程度。闪存驱动器制造商通过纠错码算法，损耗均衡和其他技术提高了耐用性和可靠性。

此外，SSD在没有警告的情况下也不会磨损。它们通常以与传感器可能指示充气不足的轮胎相同的方式提醒用户。