上一篇文章简述了HDD和SSD的区别以及为什么SSD那么快？这篇文章来聊聊SSD究竟把数据存到了什么物质里面。

简单说，SSD的数据就存在一小块名叫 “闪存（NAND FLASH）” 的芯片里。这块芯片的核心秘密，是一种特殊的“电子开关”，叫 “浮栅晶体管”。

1. 这个“开关”有多特殊？ 普通的电子开关，就像家里墙上的电灯开关，一按就开，一按就关。但一断电，开关的状态就没了，你不知道它上次是开是关。

而浮栅晶体管这个“开关”厉害的地方在于：它能“记住”自己的状态，而且断电了也不会忘。

2. 它怎么“记住”的？

你可以把它想象成一个超级微型的“电子水桶”。这个水桶放在一个完全密封的绝缘材料（隧穿层）里。

正如下图所示：浮栅晶体管比普通场效应管多出来浮栅层和隧穿层，隧穿层也是绝缘的，电子被高压吸入，通过隧穿层之后进浮栅层，断电之后电子被锁在两绝缘层中间逃不出去，因此掉电也不会丢失。

写数据（写入1或0）：当我们想往里面“写”一个“0”的时候，就用电泵（高压）往这个“水桶”里“泵”进去一些电子。由于水桶是密封的，电子进去了就出不来，被关在里面了。
读数据：当我们想“读”数据的时候，就去检测这个“水桶”的“重量”（其实是电压）。如果水桶很“重”（电子多，电压高），我们就认为它存的是“0”。如果水桶很“轻”（电子少，电压低），我们就认为它存的是“1”。
断电也不怕：因为电子被物理性地困在绝缘的“水桶”里，所以就算彻底断电，它们也跑不掉，数据也就保存下来了。
擦除数据：如果想清空这个“水桶”（把“0”变成“1”），就需要用一个反向的力，把里面的电子“吸”出来。
简单看下浮栅晶体管的物理模型和符号。

3. 存储海量数据，一个“水桶”不够用，怎么办？组织起来！

一个“电子水桶”只能存一个“0”或“1”（一个比特），这太少了。所以，工程师们就把成千上万个这样的“水桶”用电路串联起来，像串珍珠一样连成一长串（这叫 NAND串，也叫作NAND String）。如下图所示。

再把成千上万条这样的“珍珠串”整整齐齐地排列在一起，就组成了一张巨大的、立体的“电子存储网”（这叫 NAND阵列，NAND ARRAY）。我们现在买到的SSD，比如1TB的，里面就有上千亿个这样的“电子水桶”。如下图所示。

为了方便管理，我们给这些“水桶”编了组：

字线(Wordline)：横着的一排“水桶”一起操作。
块(Block)：一大组“NAND串”捆在一起，是擦除数据的最小单位（要清空就一整块清）。
逻辑页(logical page)：属于同一条字线的一小撮“水桶”，是写入和读取数据的最小单位。

4. 怎么在一个“水桶”里存更多数据？—— 加水要精准

最早的“水桶”（SLC）很简单，只区分“水多”（0）和“水少”（1）两种状态。 为了降低成本、增加容量，工程师想：能不能让一个水桶存更多信息？

于是就有了：

MLC：把一个水桶的“水量”精细地分成4档，分别代表 11, 10, 01, 00。这样，一个水桶就能存2个比特了。
TLC：分得更细，分成8档，存3个比特。
QLC：分成16档，存4个比特。

但是，问题来了： 分的档位越细，对“泵水”和“检测水量”的精密度要求就越高。稍微有点误差，就可能把 01 误判成 00。更重要的是，每次“泵水”和“抽水”，都会对那个密封的“绝缘层”（隧穿层）造成一点点磨损。反复操作成千上万次后，这个“绝缘层”就会老化、产生“漏缝”，导致里面的电子慢慢漏掉。

一旦电子漏多了，“水量”就变了，原来存的 00 可能慢慢就变成了 01，这就是数据错误（比特翻转）。这就是为什么TLC、QLC的SSD寿命（可擦写次数）普遍低于SLC、MLC的原因。

最后： SSD把照片、电影、文档，统统变成了 “0”和“1”，然后用电泵把这些数字“刻”在了上亿个微型的“电子水桶”里。这些水桶被巧妙地组织成一张大网，通过精准控制每个水桶里的“水量”来存储信息。它不掉电、速度快，但每个“水桶”的寿命是有限的，用久了就会“漏水”，这就是SSD存储中浮栅晶体管的全部秘密。