顧名思義,晶圓由純矽(Si)構成。是半導體組件“晶片”或“芯片”的基材,從沙子里面高溫拉伸生長出來的高純度硅晶體柱(Crystal Ingot)上切下來的圓形薄片稱為“晶圓”。采用精密“光罩”通過感光制程得到所需的“光阻”,再對硅材進行精密的蝕刻凹槽,繼續以金屬真空蒸著制程,于是在各自獨立的“晶?!?Die)上完成其各種微型組件及微細線路。對晶圓背面則還需另行蒸著上黃金層,以做為晶粒固著(Die Attach) 于腳架上的用途。晶圓一般分為6英寸、8英寸、12英寸規格不等,晶片就是基于這個wafer上生產出來的。Wafer上的一個小塊,就是一個晶片晶圓體,學名die,封裝后就成為一個顆粒。一片載有Nand Flash晶圓的wafer,wafer首先經過切割,然后測試,將完好的、穩定的、足容量的die取下,封裝形成日常所見的Nand Flash芯片。那么,在wafer上剩余的,要不就是不穩定,要不就是部分損壞所以不足容量,要不就是完全損壞。原廠考慮到質量保證,會將這種die宣布死亡,嚴格定義為廢品全部報廢處理。

品質合格的die切割下去后,原來的晶圓就成了下圖的樣子,就是挑剩下的Downgrade FlashWafer。
這些殘余的die,其實是品質不合格的晶圓。被摳走的部分,也就是黑色的部分,是合格的die,會被原廠封裝制作為成品NAND顆粒,而不合格的部分,也就是圖中留下的部分則當做廢品處理掉。
說了這么多,各位讀者應該對晶圓的制造過程有了一定了解,也就是說,晶圓生產出來后,合格的die被工廠留下繼續封裝成顆粒,不合格的die單元成為殘次品被拋棄不用。這一留一拋,就分別成為了“原片”與“黑片”。由此我們立刻就能知道,原片是價格較高的產品,而黑片因為被當做垃圾,價格非常低,是按照噸計算的。
那么“白片”又是什么呢?
其實白片就是封裝后的原片中再檢測到有瑕疵的顆粒,然后淘汰下來的垃圾。正品的NAND中是不能有白片的。但晶圓廠為了回收一部分制造成本,也會將未打標的顆粒白片賣給下游渠道,然后這些渠道再將白片上打上其他標識賣出。所以說,黑片與白片其實都是芯片制造過程中產生的邊角料,黑片是在原料階段就被淘汰的部分,白片則是成品后再檢測不合格的瑕疵品。我們都知道,邊角料也有利用價值,那么這里面就有了一個產業鏈,也就是晶片行業的廢品回收再利用。黑片中仍有部分可用,會以晶圓的形式流出到下游封裝廠,因為原廠不會封裝有問題的die。這些有問題的die經過下游封裝廠測試、篩選,還能再利用的部分就可以留下封裝出售了。黑片不是原廠封裝的,是下游廠商自己封裝,所以外觀看起來就很粗糙,而且往往不打標。很多廉價的MP3、U盤,即采用黑片制作而成。
白片是封裝后再淘汰下來的顆粒,所以只有顆粒形式,而且是原廠封裝,與原片的唯一區別就是沒打標。這些白片也會在下游廠商經過測試、篩選后出售。

從質量上說,黑片NAND是很糟糕的,因為原廠就已經給其判了死刑,只是下游廠將其縮減容量后賣出,也就是閹割,但質量還是很差,購買這種顆粒也等同于賭博。白片NAND的品質還是有一定保證,再經過篩選,那么在性能與壽命的指標就比較接近原片了。由于黑片NAND的可靠性非常差,即使山寨SSD也不會采用,他們會選擇更有保障的白片NAND,雖然售出的SSD返修率偏高,但憑借價格優勢,山寨SSD仍然有一定銷量。
作為SSD主要元件的NAND閃存,我們經常見到的有SLC、MLC、TLC三種:SLC
SLC全稱single-level cell,即單階存儲單元;MLC全稱Multi-level cell,即多階存儲單元。因NAND閃存是一種電壓元件,因此它以不同的電壓范圍來代表不同的數據,原理如下面圖片所示:

SLC就是在NAND閃存的每個存儲單元里存儲1bit的數據,存儲的數據代表”0”還是”1”是由基于Vth電壓閾值來判定,對于 NAND閃存的寫入(編程),就是對其充電,使得它的電壓超過上圖的電壓判定點A,存儲單元就表示0-已編程,如果沒有充電或者電壓閾值低于那個A點,就表示1-已擦除。MLC
MLC則是每個存儲單元里存儲2bit的數據,存儲的數據是”00”,”01”,”10”,”11”也是基于電壓閾值的判定,當電壓沒到判定點B時,就代表”11”,當電壓在B和C之間,則代表“10”,電壓在C和D之間,則表示”01”,而電壓達到D以上,則表示”00”。

SLC與MLC的區別
由上面的圖片可以看到,MLC相比SLC電壓之間的閾值被分成了4份,這樣肯定會直接影響性能和穩定性,相對來說,主要受影響的有以下四點:1.相鄰的存儲單元間會互相干擾,造成電壓不穩定而出現bit錯誤,MLC由于閾值相比SLC更接近,所以出錯幾率會更大。2.MLC讀寫性能降低,寫入更達到50%的差距以上,因為需要更精確的充電處理。SLC只有”0”和”1”,,而MLC會有“00”,“01“,”10”,”11” 4個狀態,在充電后還要去判斷處于哪個狀態,速度自然就慢了。3.如上所說,因為有額外的讀寫壓力,所以功耗明顯增大。4.同樣因為有額外的讀寫壓力,造成閃存的寫入耐久度和數據保存期都受到影響。5.SLC的擦除次數為60000-100000之間;MLC的擦除次數為3000-5000之間。TLC
TLC = Triple-Level Cell,即3bit/cell,它的壽命短,速度慢,約500-5000次擦寫壽命。TLC的架構已批量應用于閃存芯片上,這種架構與MLC采用近似原理,只不過MLC是1個單元2個bit,而TLC則是1個單元3個bit。TLC 的壽命500次是第一代工藝不成熟的時候,第二代第三代早就超過這個數字,目前hynix的TLC官方pdf標稱壽命2500-5000次,東芝的更高。

3D-TLC基于SATA的存儲容量可高達4TB以上,PCIe Gen4 x4的16TB容量產品正在開發中,并具有許多優點,如受控BOM、AES 256位加密、電源壽命以及一些客制化的功能,如電源和固件設置。3D-TLC承諾了更高的容量、更低的功耗、更快的性能和更好的續航能力,并且在一定程度上,它已經在各個方面實現了。對于工業應用來說,它的速度和耐久性永遠無法超過SLC,但與MLC和pSLC相比,其價格和性能是不容忽視的,在價格上占了優勢,比MLC更便宜,不過壽命/速度則更差于MLC,而且TLC通常是和高制程同時出現的,導致目前一些采用TLC的U盤速度慘不忍睹,壽命更是沒底(有人說只能達到1000多次)。