850 PRO发布 迈入3D V-NAND新纪元
三星在昨天于首尔举行的“2014年三星SSD全球峰会”上，发布了首款采用3D V-NAND技术的消费级SSD 850 PRO。V-NAND即Vertical NAND，相比传统的平面型闪存，3D V-NAND拥有众多难以抗拒的优点：可以实现更高的存储密度、写入速度、更低的功耗以及比传统2D平面型NAND更高的耐久性！
2014年三星SSD全球峰会
众所周知，固态硬盘的更新迭代，每一次新产品的成本都比之前更低，很大程度上是得益于闪存制程的不断升级。表面上看起来这种步伐还会稳健地持续下去，但事实上目前业内在将闪存制程步入到1ynm阶段后，面临着越来越棘手的问题，其中最核心的就是其耐久性越来越低，控制难度越来越高。毫不夸张地讲，这种传统平面型闪存的发展几乎已接近极限。
三星在去年8月举办的闪存峰会s不过去年发布的产品，仅面向数据中心市场。一年之后的今天，3D V-NAND终于来到消费市场，也就是我们今天要介绍的850 PRO系列，显然，闪存架构的变化也是三星850 PRO系列相较上一代840 PRO系列最重要改进，并随之带来了一系列的全新特性。
【SATA 6Gbps接口、最大容量1TB】
三星850 PRO依然采用了SATA 6Gbps规格，这使得它在性能上无法比840 PRO实现大幅度的提升，毕竟后者的速度已经达到了SATA 6Gbps的极限，而且在当今来看依然是旗舰级的性能。850 PRO包含128GB、256GB、512GB和1TB四种容量，其实以3D V-NAND的存储密度，做到2TB容量理论上是完全可以的，但要保证性能，需要更复杂的映射表和更大的缓存容量，固件开发难度更高。
三星SSD 850 PRO
【三核心MEX主控制器】
三星850 PRO继续使用了和840 EVO一样的MEX主控，看似有些令人意外，但考虑到去年三星在840 EVO推出一个月之后就发布了首款3D V-NAND技术闪存的SSD，所以我们认为MEX主控早就为对3D V-NAND的支持做好了准备，而不是像发布840 EVO时那样看上去只有频率的提升以及支持TurboWrite。
【写入速度显著提升】
850 PRO的最大的亮点其实是128GB，它的最高持续写入竟达到470MB/s，上一代840 PRO仅为370MB/s。往往这个容量做到400MB/s以上的持续写入速度需要通过模拟SLC工作模式来实现，比如OCZ的Vector系列和三星840 EVO系列。但是850 PRO系列可没有应用这种机制，它的性能暴增显然也是来自更高主频的MEX主控和3D V-NAND的采用。
【支持更多加密特性】
和840 EVO一样，三星850 PRO可以让用户自己选择Class 0、TCG Opal或者Encrypted Drive（BitLocker驱动器加密）模式增强数据的安全性。对TCG Opal和BitLocker的支持，这是840 PRO所不具有的特性。
三星850 PRO支持TCG Opal和BitLocker
【更出色的节能效果】
同样得益于3D V-NAND的采用，三星表示850 PRO在DevSleep模式下功耗只有2毫瓦，比840 PRO更为出色，这对台式PC用户可能关系不大，但对笔记本、超极本等用户来说，任何能节省耗电的配件都是至关重要的。
【提供更长的10年质保】
借助3D V-NAND的高耐久度，此次三星850 PRO一举提供了十年的质保时间，上一代840 PRO则为5年！其实三星最初是计划850 PRO继续延续5年的质保，既然3D V-NAND实现了更高的可靠性，因此做了这种带有野心的决定。不久前，闪迪发布的至尊超极速（Extreme Pro）系列SSD是第一款提供十年质保的消费级固态硬盘。
作为三星SSD最重要的两款软件Data Migration数据迁移软件和Magician管理工具，随着850 PRO的到来也迎来了更新。Data Migration是比Acronis True Image更简单的迁移工具，通过一根SATA-USB连接线将SSD和电脑相连，经过“开始、设置、克隆”三个步骤便可完成当前系统的迁移工作。
Samsung Magician 4.4开始支持850 PRO
Samsung Magician从4.4版开始支持新的产品，可以对SSD进行认证、优化、固件更新等。值得说明的是，850 PRO支持RAPID 2.0版本，它可以使用最多25%的空闲系统内存作为SSD的高速缓存，加速SSD的性能表现，而去年发布的1.0版本则是最多只能利用1GB的空闲系统内存。此次的升级，可以将性能提升至最多1.8倍。
鲜明的品牌标示 三星SSD的设计理念
设计从最开始就成为了三星SSD最重要的一部分，从外壳材料的考究，到颜色的变更、后处理以及品牌标示的形成。如今的三星SSD看起来十分简洁素雅，但又不会产生审美疲劳。它不会像其他品牌的SSD那样正反面都贴上标签或贴纸，正面只有醒目的品牌Logo，这使得它可以在当前众多品牌的SSD中，一眼就分辨出来！
最早的470系列采用了金属拉丝材质，银色的外观格外夺目，可惜大多数人对这款产品印象不深。830系列则同样采用金属拉丝材质，但颜色改为炭黑色。产品正面左下角的橙色小方块用来标示容量，可以说这当时就是三星SSD的最显著的地方。从840系列开始，外壳的材质改为金属磨砂，同时确立了小方块作为品牌标志的做法，将其移到中间，也不再上面标示容量，正面变得更加简洁。
值得一提的是，三星从840系列开始，首次采用了钻石切割工艺，类似于苹果iPhone 5，有漂亮的、高度抛光的倒角，与硬盘正反面形成极具鲜明的对比。而且，7mm的厚度设计进一步增加了美感。
三星850 PRO的设计理念
此次的850 PRO则延续了840 PRO的设计风格，依然采用炭黑色金属磨砂外壳，钻石切割形成高度抛光的倒角。不过，作为品牌标志的小方块，在850 PRO上它的颜色从840 PRO时期的橘黄色变成了深红色，结合本身的黑色，一并构成了850 PRO零售包装的主色调，看起来更高端了不少。
从平房走向楼房 3D V-NAND技术解析
以往对用于SSD的平面型NAND闪存来说，为了增加存储密度或者降低成本，最有效的办法就是使用更先进的制程缩小晶体管。但晶体管缩小后会带来的一个问题是晶体管的绝缘层尺寸也会越来越小，导致电子容易溢出，各级之间相互干扰的问题就会越发严重，从而导致闪存出错率增高以及耐久性下降的问题。
平面型NAND在1xnm时代的数据出错率就已经很严重
为了缓解这个问题，当前很多SSD都采用了修正读取电压或者冗余校验等技术来减少出错率，因为此时闪存已经变得难以控制，同时带来的负面问题则是编程延迟也会增加。在平面型闪存步入1ynm阶段后，这种问题已经变得极为严重。
这就是3D V-NAND开发的初衷，并且可以从根本上解决目前平面型NAND走入的死胡同。
既然在平面上已经不好缩小，那么在垂直方向上增加层数则是另一个办法，这就是3D V-NAND的诉求。好比说同样的占地面积，如果都盖平房，为了让更多的人住进来，就要把房子盖得越来越密，这样每家每户之间的间隔越来越小，相互冲突不可避免。
从2D步入到3D，好比平房步入到楼房
而3D V-NAND的做法是，同样的占地面积不变，把平房改为楼房，以垂直方向发展，这样同样可以满足更多的住户，他们相互之间的隔离也可以解决。
3D V-NAND说起来简单，但要做出来可是非常困难的。三星早在2006年开始研发3D V-NAND，直到2011年才实现了8层堆叠，去年才首次实现了商业化。为了实现这种垂直方向的多层堆叠，三星采用了电荷捕型获闪存(Charge Trap Flash，简称CTF）技术，它包含三个颠覆性创新：材料上的创新、结构上的创新以及连接方式的创新。
三星3D V-NAND的三个颠覆性创新：材料、结构和连接方式
材料方面，如果说盖平房只用木材就可以了，那么盖楼房就需要用钢筋和水泥。在CTF技术中，三星使用了绝缘的氮化硅，可以在绝缘体空腔中储存电荷，因此电荷的把持能力更强，自然可减小各级之间的相互干扰。
从导体改为绝缘体
结构方面，首先是将多晶硅晶体管垂直过来，并将绝缘体和控制栅极（Control Gate）从平面改为圆柱形，包裹住整个晶体管，然后将他们在垂直方向上堆叠起来，这样就构成了3D V-NAND的基本形态。去年商业化的是24层，到了今年已经做到了32层。
结构的创新
那么这些晶体管之间如何连接呢？好比在高层楼中我们要做电梯，三星开发了Channel Hole Technology，故名思议就是在一个柱面（通达）进行穿孔来连接。去年的128Gb 3D V-NAND，横纵向分别穿了50000个通孔，总共25亿个——仅仅是一个指甲盖那么大的面积上。
25亿个通道孔
反应到最终产品上，3D V-NAND既然可以在垂直方向上可以实现更高的容量，每一层的容量也就不一定要做得太大，即密度无需太高，因此3D V-NAND通常以较低的制程起步。第一代3D V-NAND仅使用了30nm级制程，实现了24层堆叠，但单层容量依然做到了128Gb。到了第二代，三星实现了32层堆叠，同时制程升级到了20nm级的水平，平面密度增加了大约33%，不过三星还是有意缩小了平面方向的尺寸，并没有将单层容量提升至172Gb，而是砍掉一半为86Gb。
所以，以单层86Gb的容量来看，要实现128GB、256GB、512GB以及1TB的常规整盘容量，那么各版本的闪存配置应该是这样的：
很明显，根据闪存配置的不同，128GB采用了两颗2层堆叠的封装和两颗4层堆叠的封装组合，最大的1TB则为4颗8层堆叠的封装和4颗16层堆叠的封装组合。显然，如果启用4颗16层堆叠的封装和4颗32层堆叠封装的组合，理论上就可以做出2TB的容量。
此外，使用较低的制程的最大好处本来就是P/E循环次数的增加和出错率的降低，加上CTF技术在材料方面的改进，这就是3D V-NAND理论上比传统平面型NAND闪存有更高的耐久性的最主要原因。这次三星没有提及任何类似微调读取电压的“高级信号处理算法”或者是数据校验技术，可见3D V-NAND的可靠性之高。
从官方公布的数据来看，850 PRO的TBW（Terabytes Written）指标达到840 PRO的两倍，而且比带有预留空间的Intel SSD 730和Sandisk Extreme Pro都还要高不少。这也是为什么三星敢将850 PRO的质保时间做到10年的最主要原因。其中，Intel SSD 730采用的是20nm制程的闪存，而Sandisk Extreme Pro采用的则是其第二代19nm制程的闪存。
通过3D V-NAND实现的高可靠性，对主控和固件来说，也不会再需要复杂的信号处理算法，控制起来更加容易，因此从侧面来说，这降低了延迟，提升了速度，也降低了功耗。
负载状态下850 PRO最多可以比840 PRO节省38%的功耗
三星850 PRO可完美支持DevSleep模式，在系统闲置时只有不到2毫瓦的功耗，而840 PRO则超过10毫瓦。而在负载状态下，最多可以比840 PRO节省38%的功耗。
事实上，三星在平面型闪存的封装技术上也已经达到了很深的造诣，他们早在2012年给Retina MacBook Pro提供的就是已经采用了16层堆叠的SSD。在去年他们推出的840 EVO mSATA 1TB上，更采用了单层128Gb、16层堆叠的闪存，单颗NAND的容量达到了256GB！同样在OEM领域提供的XP941，采用的是单层64Gb、16层堆叠的闪存。
三星预计到2017年实现100层堆叠
不过现在借助3D V-NAND，目前已经可以实现单层86Gb、32层封装，单颗NAND的容量可以做到344GB，理论上在2.5英寸规格的SSD上可实现2TB、在M.2 2280规格上可以实现1TB。如果是生产基于NVMe协议的PCIe SSD，3D V-NAND的潜力才可以真正释放。三星预计，到了2017年，3D V-NAND可以实现100层堆叠！
毫无疑问，3D V-NAND是三星的未来，也是整个NAND行业的未来。在1ynm时代，耐久性、出错率、延迟都已经是越来越棘手的问题，3D NAND技术是解决这些问题的最佳途径。在这个节点上，三星无疑再次走在了行业前列。
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