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从编号认识NAND内部结构

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nighttob 发表于 2015-4-4 23:25 | 只看该作者 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
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本帖最后由 nighttob 于 2015-4-5 14:23 编辑

在我们看SSD评测时候,拆解部分经常会说到
……内部有n颗ABCDEFGHIJK型号颗粒,单颗xxGB,内部yDie封装,共组成zzGB容量……

不了解颗粒编号规则的同学便会“不明觉厉”,自己觉得如同咒语一般的颗粒编号,懂的人就能从中分析出那么多信息。

其实这一点都不深奥。想把“咒语”解释成人话,其实很简单,那就是——查表……

这里我提供一些供参考

上面是从数码之家找来的东芝颗粒编号规则,版本有点老,没有A19(1Ynm)的信息,这里一边解释一边补充一下。

芯片类型——TH58:Toshiba NAND(注:东芝现在基本没有原厂单Die封装的颗粒了,所以第二位"C"可以无视了)
传输模式——N:传统模式;T:Toggle模式。
运行电压——V:3.3V (2.70–3.60V);Y:1.8V (1.70–1.95V);E:Vcc: 3.3V (2.70–3.60V), Vccq: 3.3V (2.70–3.60V) or 1.8V (1.70–1.95V);F:Vcc: 3.3V (2.35–3.60V), Vccq: 3.3V (2.70–3.60V) or 1.8V (1.70–1.95V)
容量——第一位是量级,第二位是2的指数,单位是字节。
Cell类型——S:SLC;H:eSLC;D:MLC;E:eMLC;T:TLC。
内部尺寸——A:8KB Page, 2MB Block;B:16KB Page, 2MB Block;C:16KB Page, 4MB Block, 1 Plane;D:16KB Page, 4MB Block, 2 Plane;F:16KB Page, 4MB Block, 4 Plane。都是8bit位宽。
制程——J:T19(1Xnm);K:A19(1Ynm);L:15nm(1Znm)
封装方式——TG/TA:TSOP-1;XG/BA:BGA;XL/LA:LGA。都是无铅工艺,区别是否无卤素。
内部结构——0:1CH,1CE;2:1CH,2CE;4:2CH,2CE;8:2CH,4CE。
封装尺寸——常见的是TSOP的12x20和BGA的14x18,这里还具体区分厚度。

举个栗子,在OCZ Vector 180 960GB里面用的TH58TFG9DFKBA8K是一颗512Gb(64GB),16KB Page,4 Plane,QDP(4Die堆叠),8bit A19 MLC颗粒。
(严格来说,只是查表是无法分辨出这是QDP的,需要用颗粒容量除以单Die容量去计算。当然,懂的人看到是4 Plane A19就直接知道是128Gb/Die了)



上面是浴室去年揭露棒棒棒第二代V-NAND本质帖子里带的一张三丧颗粒编号规则,版本更老,但是基本不耽误用。

1-2 芯片类型——K9:Samsung NAND。
3 Cell类型及堆叠方式——这个写的很清楚,除了SLC就是MLC(09年就全家MLC了),还有ODP(8Die堆叠)的QLC你怕不怕?怕不怕?怕不?怕?(事实上2011年QLC就已经停产了,所以别担心你新买的U盘或者存储卡里面是这货。不过这玩意这么短命应该还有点收藏价值?),U:HDP(16Die堆叠) MLC;D:HDP TLC
4-5 容量(密度)——各种整数(2的n次幂)和非整数,单位都是bit。而更大容量KG:1Tb;MG:2Tb和新发明的QG:341Gb(43GB);PG:171Gb(21GB)等,这里就没有了。
6 技术——0:传统8bit接口;1:传统16bit接口;D:Toggle DDR接口;Y:Toggle DDR 2.0接口
7 位宽(组织)——8:8bit位宽;6:16bit位宽。
8 运行电压——(参考东芝的)
9 内部结构(模式)——不同CE和R/B数量。
10 世代

还是举个栗子,在棒棒棒2.5" 850 EVO 1TB里面用的K9OKGY8S7C是一颗1Tb(128GB),ODP,8bit Toggle DDR 2.0 MLC颗粒。



接下来是业界良心美光。有官方资料,写的极其详细,而且不断更新什么的,最好了。(不要拿放大镜看了,直接载下面的PDF看就是)

看过上面东芝和三星的,这个应该可以看得懂了。这里只简单说几个。
"Device Width"里面的"01"和"Interface"里的"D"是对应的,SPI FLASH是串行接口,故1bit位宽。
"Interface"里的其他三项,A:仅异步模式;B:同步或异步模式;C:仅同步模式。早期传统接口和ONFI 1.x时代并没有“同步模式”,所以可以认为都是异步的。
"Classification"内部结构是本文的重点,后面会详细说。
"Speed Grade"速度等级,可以看作NAND的“延迟”,数值越小速度越快。颗粒等级的一项就是速度等级,无法达到-5级别的颗粒就只能放宽到-6、-10甚至只能运行在异步模式下。但颗粒速度快慢跟颗粒品质没有绝对关系,多数情况下速度越慢耐久度越高。
"Operating Temperature Range"运行温度,这个是对封装好的颗粒来说的,空白就是通常的0-70℃,"IT"宽温-40-85℃等等。裸晶都是0-70℃,耐热耐寒都是封装的功劳。
"Features"功能,E:内置ECC;R:MLC+(简单点说就是可以拿MLC直接当SLC模式用)。
"Production Status"产品状态,空白的是正式版,标"ES"的当然就是工程样品。

依然举个栗子,在美光2.5" M500 1TB里面用的NW593(MT29F512G08CKCABH7-10:A)是一颗512Gb(64GB),QDP,8bit,200MT/s同步MLC颗粒。


最后是Intel。Intel的编号规则跟美光类似,这里直接举几个栗子说明好了。

在X25-E 32GB里面用的JS29F16G08BCANC1,JS=TSOP封装,16G=16Gb(2GB),C=DDP, 2CE, 2R/B, 1CH,N=SLC,C=50nm。
在X25-M G2 160GB里面用的JS29F16B08BJAMDA,16B=128Gb(16GB),J=QDP, 4CE, 4R/B, 1CH,M=MLC,D=34nm。
在730 480GB里面用的PF29F32B08MCMF2,PF=BGA封装,32B=256Gb(32GB),M=DDP, 2CE, 2R/B, 2CH,F=20nm。
TSOPnDienCEBGAnDienCE
A11L11
C22M22
F42N44
J44O84
P88

可见Intel和美光的主要区别就是,Intel用3位表示容量,64Gb以下用xxG表示,128Gb-512Gb用xxB表示,1Tb以上用xxT表示;然后就是内部结构的代码不一样,还告诉你颗粒的制造工艺。


NAND颗粒编号中,除了可以得知颗粒容量和颗粒类型(SLC/MLC/TLC)以外,还有颗粒的封装方式(TSOP/BGA),Die堆叠层数及内部结构(nCH, nCE, nR/B)。即使容量相同的颗粒,也会因封装方式和内部结构的区别,而有诸多不同。

首先一点——容量。

NAND颗粒是由一颗或者多颗Die堆叠在一起封装而成。要实现一个特定容量,用不同的Die就会有区别。比如要封装成16GB的颗粒,用L85A Die(128Gb)只要1颗就够,用L74A(64Gb)就要2颗,用L63B(32Gb)就要4颗。而现阶段要实现单颗256GB的容量,就只能由L85及L95颗粒堆叠16层得到,用密度较低的Die则根本做不到(HDP的工艺已然很复杂,在实验室里做得出32层堆叠,但基本不具商业价值)。

也就是说,颗粒的容量需求导致了必须要堆叠多颗Die封装。

知道了容量需求以后,就要决定堆叠的方式。

在我们看SSD评测的时候,会介绍一颗主控,比如
Marvell 88SE9187是一颗8通道主控,每通道4CE……

意思是,每条通道连接4CE,8条通道共32CE。这是一颗主控自身的能力上限,但可以靠外部解码器件增加总的CE数目,不过会造成整体性能下降。

目前的消费级SSD,用外部器件增加CE数量的很少,绝大多数都是正好用到所有CE或者只用其中的一半甚至1/4。

比如美光/英睿达M500,因为使用了L85A颗粒,实现120GB的SSD总容量只需要8颗SDP的颗粒,仅用了8CE,也就是只有主控能力的1/4,故(写入)性能较低;240GB型号则用了16颗L85A SDP颗粒,用到了16CE,即主控能力的一半,(写入)性能几乎是120GB的两倍;而480GB型号使用了16颗DDP的L85A颗粒,正好用满了主控的32CE,达到了最大性能。

后来的M550吸取了M500低容量性能不佳的教训,在低容量型号上使用了容量密度较低的L84C颗粒,使128GB和256GB型号分别达到了16CE和32CE,性能较M500有了大幅提高。

也许有人要问了,既然480GB的M500就已经占满了主控的32CE,那么960GB岂不是要超出一倍?

当然不会这样,这就是颗粒内部结构的学问了。下面就用L85C颗粒的Datasheet来具体解释。

L85C颗粒有两种主要封装形式——152-ball BGA和272-ball BGA。二者的最主要区别是152-ball具有2CH,而272-ball具有4CH。以下配图分别说明。

"LUN"即Die,"Package"即颗粒(封装),LUN(Die)的不同组织形式构成了"Target",而Target与CE相对应。SDP只有1个Die,所以只能有1CE。DDP的2个Die分别位于2个Target,有2CE。

QDP出现了两种形式,左侧这种是4个Die挤在2个Target里,有2CE;右侧这种是4个Die分在4个Target里,有4CE。

ODP是8个Die挤进4个Target里,有4CE。HDP是16个Die挤进8个Target里,有8CE。到这里就可以明白480G的M500和960G的是怎么一回事了,虽然960G的用了ODP的颗粒,但CE数量跟使用QDP的480G保持一致,总数都是32CE,因此并未超出Marvell 88SS9187主控的上限。

最后272-ball的QDP及HDP,看起来跟152-ball的一样,但各个信道从只用CH0, CH1扩展到了CH0-CH3。

BGA封装的颗粒可以有2CH或者4CH,TSOP封装的颗粒只有1CH,且最多QDP 4CE。因此相对于大部分BGA封装的颗粒来说,TSOP封装的颗粒性能较低,由于引脚外露,使得电气性能也不如BGA,只有成本相对较低,但BGA的容量优势是TSOP无法比拟的。对于L85和L95颗粒来说,由于Die较“胖”,无法封装进TSOP标准的12x20规格中,即使SDP也要用BGA。



了解了这些,我们就可以找些实例来验证一下

全新的英睿达MX200 1TB,颗粒是NW662(MT29F512G08CKCCBH7-10:C):L95B QDP 2CE,正反共16颗,正好32CE。

mSATA版的C400 128GB,颗粒是NQ314(MT29F256G08CUCCBH3-12Q:C):L73A ODP 4CE,正反共4颗,仅16CE。

三星840 EVO 1TB,颗粒是K9DMGY8S8M:HDP 2Tb 8CE,正反共4颗,满足32CE。

Intel 525 240G,颗粒是29F64B08BPCME1:L74A ODP 8CE,正反共4颗,也是32CE。




介绍完这些,大家应该对主控和颗粒之间的对应关系又有了更深的认识——可以明白为什么一款SSD达到某一容量后,读写性能就稳定不变了。买低容量SSD的朋友也可以安心,不是主控缩水了,而是颗粒没跑满主控。当然对于这种情况,像美光M550这样通过换低密度颗粒的方式解决的还是少数,现在各家都不同程度地用SLC缓存来提高低容量SSD的性能了。

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frontwing 发表于 2015-4-5 00:23 | 只看该作者


封装方式——TG/TA:TSOP-1;XG/BA:BGA;XL/LA:LGA。都是无铅工艺,区别是否无汞。

不是无汞,应该是无卤素。

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vge 发表于 2015-4-5 10:23 | 只看该作者
好,这个整理的实在啊,通用。
4#
NOIP117 发表于 2015-4-5 10:44 | 只看该作者
好强大啊
5#
567676yry 发表于 2015-4-5 13:45 | 只看该作者
强大的文字,看不懂 哈哈
6#
红色狂想 发表于 2015-4-5 15:50 | 只看该作者
盘霸研究的蛮详细呀,伦家一时消化不了,收藏备用了
7#
大号跳蚤 发表于 2015-4-5 17:32 发自PCEVA移动客户端 | 只看该作者
详细,收藏备用 。。。
8#
mmdtc 发表于 2015-4-5 17:37 | 只看该作者
科普文好强大,得静下来慢慢学习
9#
wanghuang95 发表于 2015-4-5 19:13 | 只看该作者
学习,看表不难,难在去哪下表
10#
dvcam 发表于 2015-4-5 21:07 | 只看该作者
MT的确是业界良心,资料很全。但P400m的颗粒,资料似乎很少。
像NW520,MT29F336G08CUCABH3,单颗容量336Gbit?不知内部是什么结构。

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neeyuese 发表于 2015-4-5 21:13 | 只看该作者
dvcam 发表于 2015-4-5 23:07
MT的确是业界良心,资料很全。但P400m的颗粒,资料似乎很少。
像NW520,MT29F336G08CUCABH3,单颗容量336Gb ...

标和芯很多时候是2码事,可以物理屏蔽或者OP,比如拿512Gb的MLC做成336Gb的eMLC就像三星850Pro那样拿128Gb的TLC做成83Gb的MLC,另外某些Intel的颗粒是3/4的容量可用,他们不会告诉你具体细节的,量产的时候自然就发现了。

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wm258156031 发表于 2015-4-6 18:26 | 只看该作者
高端知识都要马克
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zhu890103 发表于 2015-4-6 19:44 | 只看该作者
我是来顶一下的,支持支持!
14#
sunjiayu 发表于 2015-4-6 22:46 | 只看该作者
本帖最后由 sunjiayu 于 2015-4-6 22:48 编辑

不错的资料 学习了 记得 neeyuese 大大之前有根据Flash datasheet提供的信息计算出单颗FLASH的速度的帖子 现在貌似找不到了 能否科普下这部分呀 非常感谢 @neeyuese
15#
111alan 发表于 2015-4-7 14:46 | 只看该作者
Intel大概是这样?

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nighttob  楼主| 发表于 2015-4-7 14:57 | 只看该作者
111alan 发表于 2015-4-7 14:46
Intel大概是这样?

倒数第五位是工作电压
“速度”这种东西是从来不在主编号段里面表示的

点评

更正是倒数第四位  发表于 2015-4-7 15:25
17#
111alan 发表于 2015-4-7 15:11 | 只看该作者
本帖最后由 111alan 于 2015-4-7 15:18 编辑
nighttob 发表于 2015-4-7 14:57
倒数第五位是工作电压
“速度”这种东西是从来不在主编号段里面表示的
...
在X25-E 32GB里面用的JS29F16G08BCANC1,JS=TSOP封装,16G=16Gb(2GB),C=DDP, 2CE, 2R/B, 1CH,N=SLC,C=50nm。
在X25-M G2 160GB里面用的JS29F16B08BJAMDA,16B=128Gb(16GB),J=QDP, 4CE, 4R/B, 1CH,M=MLC,D=34nm。
在730 480GB里面用的PF29F32B08MCMF2,PF=BGA封装,32B=256Gb(32GB),M=DDP, 2CE, 2R/B, 2CH,F=20nm。

倒数第五位帖子解释是die的数量与ce啊。。

实际上电压也说不通,S3500是NCMF2和MCMF2混搭,混合电压的话还要加一级调压。

倒数第四位同步与异步我是从这个表格总结的
http://tieba.baidu.com/photo/p?kw=ssd&ie=utf-8&flux=1&tid=1721919587&pic_id=8cbc79d98d1001e9a21a8c9fb80e7bec55e797e8&pn=1&fp=2&see_lz=1

其他地方我也没说速度吧


18#
nighttob  楼主| 发表于 2015-4-7 15:42 | 只看该作者
111alan 发表于 2015-4-7 15:11
倒数第五位帖子解释是die的数量与ce啊。。

实际上电压也说不通,S3500是NCMF2和MCMF2混搭,混合电压的话 ...

你这么说也不对啊
#AME1既有同步也有异步的,你怎么解释这个A是什么意思?

这一位就应该是运行电压,更确切地说是Vccq的定义,是跟Vcc一样3.3V(或者未定义),还是3.3V或1.8V。

在异步模式下,以及早期颗粒是不区分Vcc跟Vccq的。
同步模式下,不同的Vccq有不同的速度等级,当然也跟同步还是异步有关。
你只是抓住了表象。

还是以前说过的,找本PDF好好看。
19#
111alan 发表于 2015-4-7 16:57 | 只看该作者
本帖最后由 111alan 于 2015-4-7 17:05 编辑
nighttob 发表于 2015-4-7 15:42
你这么说也不对啊
#AME1既有同步也有异步的,你怎么解释这个A是什么意思?

xAME1早期批号是异步,后面是同步。但是同期已经有xCME1,也没什么早期的说法了吧。

美光在横杠后面也是标了async only还是xxxMT/s

我是觉得在某些时候临时改个规格或者出个错也正常,以前也出过这种问题,比如8框的E3-1225

好吧,已经找到了,工作电压。看来只是为了兼容问题?




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20#
batzxcboy 发表于 2015-4-7 17:35 | 只看该作者
neeyuese 发表于 2015-4-5 21:13
标和芯很多时候是2码事,可以物理屏蔽或者OP,比如拿512Gb的MLC做成336Gb的eMLC就像三星850Pro那样拿128G ...

为什么是只能3/4可用?

是本身品质不行只能屏蔽掉?
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