在傳統(tǒng)使用 NOR Flash 的系統(tǒng)中，工程師通常習(xí)慣“隨寫隨存”：寫入數(shù)據(jù)粒度小，可以隨機(jī)寫入，不需要復(fù)雜的緩存或?qū)懭牍芾頇C(jī)制。不過隨著使用場(chǎng)景發(fā)生轉(zhuǎn)變，NOR Flash容量小，單位容量成本高，寫入速度慢等成為瓶頸，很多工程師開始轉(zhuǎn)向使用CS SD NAND這種NAND Flash產(chǎn)品. 在使用NAND過程中時(shí)如果仍然沿用 NOR 的寫法，就容易遇到兩個(gè)問題：

1?? 壽命容易折損

2?? 寫入性能不穩(wěn)定，出現(xiàn)延遲變慢

這些問題背后的根本原因就是：NAND Flash 不同于 NOR Flash，必須配合緩存（Cache/Buffer）來(lái)優(yōu)化寫入策略。

一、根本區(qū)別：寫入粒度與擦除粒度完全不同

→ 重點(diǎn)：NAND 的最小寫入單位是 Page（NOR是Byte），而擦除單位是 Block，這決定了它必須配合緩存使用。

二、不用緩存的后果：寫入放大（Write Amplification）

假設(shè)主機(jī)只寫入 200 字節(jié)數(shù)據(jù)（Bytes），這小于 Page 大小，例如SD NAND內(nèi)部存儲(chǔ)單元的物理 page 為 4K。那么 SD NAND 必須執(zhí)行：

1.把原始 Page 內(nèi)容讀取到 RAM 中

2.在 RAM 中修改那 200 字節(jié)

3.將整個(gè) Page（4KB）重新寫回

4.如果要寫回的Block 已寫滿，還需要觸發(fā) Block 搬移與擦除（擦除一個(gè)新的Block，

然后將本次修改后的page數(shù)據(jù)和舊Block中有效page一個(gè)一個(gè)的寫入新Block中?。?Block Copy / Block Merge）

于是就出現(xiàn)了“寫入放大（Write Amplification）”：

主機(jī)寫 200 Bytes 數(shù)據(jù)，NAND Flash 實(shí)際卻寫了 4KB 甚至更多。

WA（寫放大倍數(shù)）越高 → Flash 壽命消耗越快 → 性能越不穩(wěn)定。

緩存機(jī)制的意義，就是把零碎數(shù)據(jù)先暫存，再“合并寫入”，減少寫入放大。

而NOR Flash由于寫入最小顆粒度是Byte，直接寫入200字節(jié)的數(shù)據(jù)就好，寫入放大的問題比較輕微。只是寫入耗時(shí) 相比 做了緩存的NAND會(huì)多很多。

三、寫入放大的影響

1?? 壽命加速折損（P/E Cycle 快速消耗）

NAND Flash 的壽命主要取決于擦寫次數(shù)（P/E Cycle）。例如 SLC NAND 一般是 50K~100K 次，如果寫入放大嚴(yán)重，實(shí)際擦寫次數(shù)會(huì)遠(yuǎn)高于用戶真實(shí)寫入次數(shù)：

示例：

主機(jī)實(shí)際寫入 1GB 數(shù)據(jù)，但 WA=4，

Flash 實(shí)際寫入 4GB 數(shù)據(jù)，相當(dāng)于壽命減少到 原來(lái)的 1/4。

我們?cè)诳蛻舳伺龅竭^一個(gè)極端例子，客戶做數(shù)據(jù)記錄設(shè)備，寫入頻次非常高也不做緩存，每次只往SD NAND寫入幾個(gè)字節(jié)，幾個(gè)月以后發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品壽命出現(xiàn)折損?？蛻舭凑兆约旱睦碚撝低扑?，總寫入量只有20~30GB，遠(yuǎn)沒有達(dá)到產(chǎn)品的總寫入量，我們預(yù)估這種場(chǎng)景下的WA至少是100~上千，因此壽命折損相當(dāng)厲害

2?? 響應(yīng)延遲和寫入速度變慢

當(dāng)寫入放大導(dǎo)致頻繁的后臺(tái)操作（GC 垃圾回收、Block Merge、Wear-Leveling 磨損均衡），會(huì)導(dǎo)致：

寫入性能不穩(wěn)定

存在明顯的延遲（幾百毫秒甚至更長(zhǎng)）

有時(shí)主機(jī)以為“Flash 卡住了”

這些現(xiàn)象并不是 Flash 性能差，而是沒有緩存 + 沒有合理寫入策略導(dǎo)致的。

具體在使用時(shí)會(huì)碰到：剛用的時(shí)候好好的，用一段時(shí)間感覺產(chǎn)品變卡了，響應(yīng)變慢了也是這個(gè)原因。剛開始使用時(shí)flash里面都是空白，不太會(huì)觸發(fā)以上操作，但滿盤寫入幾次之后就開始觸發(fā)頻繁的后臺(tái)操作，響應(yīng)明顯變慢。

四、加入緩存的好處：可控、可預(yù)測(cè)、可優(yōu)化

? 緩存不僅提升速度，更重要的是讓系統(tǒng)行為變得“可控”和“可維護(hù)”。

? 對(duì)產(chǎn)品化非常重要。

五、SD NAND 的角色：不僅是 NAND，更是“簡(jiǎn)化控制器方案”

創(chuàng)世CS的 SD NAND已經(jīng)內(nèi)置了基礎(chǔ)的 FTL、壞塊管理與控制器邏輯，相比裸 NAND 更容易使用。但即便如此仍然建議：建立寫入緩存（例如 4KB/8KB）

簡(jiǎn)言之：SD NAND 已經(jīng)幫工程師做了一層管理，但它仍然不是 NOR，不建議 “隨寫隨存”。

特別是針對(duì)數(shù)據(jù)記錄和采集設(shè)備，醫(yī)療記錄設(shè)備。都存在ms級(jí)別的數(shù)據(jù)采集，單次數(shù)據(jù)采集量都非常小（幾個(gè)~幾百字節(jié)）這種場(chǎng)景，一定要先做緩存再寫入！

六、總結(jié)

從 NOR 轉(zhuǎn)向 NAND（包含所有使用NAND Flash的產(chǎn)品，比如SD NAND, eMMC, SSD等） 時(shí)，為什么必須使用緩存？

? NAND 的寫入必須以 Page 為單位、擦除必須以 Block 為單位

? 如果不做緩存，就會(huì)出現(xiàn)寫入放大（Write Amplification）

? 寫入放大會(huì)導(dǎo)致：

壽命快速折損

寫入性能/響應(yīng)速度不穩(wěn)定

系統(tǒng)行為不可預(yù)測(cè)

采用緩存機(jī)制后，既能發(fā)揮NAND Flash容量大，價(jià)格便宜，寫入速度快的優(yōu)勢(shì)，又得到一個(gè)可預(yù)測(cè)、可調(diào)優(yōu)、可維護(hù)，使用壽命長(zhǎng)的系統(tǒng)。

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審核編輯 黃宇