固態硬碟的壽命限制主要來自有限數量的寫入-擦除周期,快閃記憶體具體能夠擦寫多少次通常還取決於主控所採用的糾錯引擎。
當前我們使用的固態硬碟幾乎都採用了NAND快閃記憶體,它是由東芝在1987年發明。快閃記憶體依靠保存電荷來記錄數據,我們可以把對快閃記憶體的寫入想像為向電池中充電,而擦除過程就是將電池中的電量迅速放光。
快閃記憶體單元中的Floating Gate浮柵結構充當了「電池」的角色,它可以被「放電」或者「充電」。依據電壓的不同,快閃記憶體就可以表達出電腦二進位0或1。
固態硬碟能夠在電腦關機後繼續保存記憶,關鍵在於位於Floating Gate浮柵下方的Tunnel Layer隧道層。它起到了防止浮柵中電子流失的作用。但長期和反覆的讀寫會在快閃記憶體隧道氧化物層上產生應力,導致缺陷的出現。
產生缺陷的隧道氧化物層阻擋電子流失的能力下降,在長期不通電的情況下,快閃記憶體單元中的電流流失過多,就會改變其電壓狀態,進而導致數據在讀取時出錯。
從原理上說,隧道氧化物層的「磨損」是不可逆的,所以固態硬碟終有一死。不過在快閃記憶體從平面轉向立體堆疊的過程中,快閃記憶體單元的結構也進行了升級。
最早在2007年由東芝提出的BiCS三維快閃記憶體結構中使用Charge Trap電荷陷阱取代Floating Gate,前者為絕緣體,對電子的保持能力更強,同時允許使用更薄的隧道氧化物層,進而能夠在寫入和擦除時使用相對較低的電壓,減少對氧化物層的「磨損」。
當然,東芝BiCS快閃記憶體的優勢還有很多:高密度高容量、更快的寫入速度、高可靠性、低功耗等等。
由東芝推動的快閃記憶體技術創新允許將固態硬碟作為數據長期存儲載體,並提供極高的安全性,正常家用無需擔心壽命。