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nand flash tf卡性能最多相差78倍！揭开存储卡的速度之谜

发布时间 : 2025-05-07

作者 : 小编

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性能最多相差78倍！揭开存储卡的速度之谜

我们都知道，NAND闪存是一种比机械硬盘内的磁盘更快、更安全、更稳定的存储介质，并已攻陷了包括硬盘、闪存盘、存储卡、智能手机、平板电脑、智能电视等内置存储空间的设备（市场）。

问题来了，既然都是将NAND作为存储单元，为何存储卡和SSD硬盘之间的读写性能会存在极大的差异呢？

简单来说，存储卡、手机和SSD固态硬盘内置闪存芯片的封装标准各不相同 ，比如SSD内的闪存芯片表面积就已经和一些闪存盘的大小相当，存储卡内置的闪存芯片尺寸则更迷你。

一般来说，同容量但封装尺寸更大（所以SSD性能先天占优）或单芯片容量越大（内部可组成类似双通道的工作模式）的闪存芯片具备更好的性能潜力，性能越好。

此外，NAND闪存自身也是在不断迭代进化的 ，2021年主流闪存的性能肯定要比几年前的闪存强很多。

影响闪存自身性能的因素有很多，比如制程工艺、闪存架构、3D堆叠技术等 。其中，闪存架构即我们熟悉的SLC、MLC、TLC和QLC，目前中高端闪存均以TLC为主，而QLC虽然性能有所降低但凭借成本优势正在逐渐蚕食TLC闪存的市场。制程工艺和3D堆叠技术相辅相成，最新工艺+96层或144层的3D NAND技术可以将1TB容量封装进一颗NAND闪存芯片里。

如今很多1TB SSD的PCB主板上仅需1颗闪存芯片

下面，咱们就先来了解一下存储卡的速度之谜，如果你对闪存盘感兴趣，可以关注CFan的后续报道。

存储卡的速度之谜

存储卡包含Secure Digital Memory Card（SD）、Micro SD Card（又称TF）、Compact Flash（CF）、Memory Stick（MS）等诸多形态，但如今依旧流行的则只剩下了SD和MicroSD（TF），并逐渐衍生出了SDHC（SD2.0）、SDXC（SD3.0）和SDUC（SD7.0）标准。

虽然存储卡轻巧迷你，但它也算“五脏俱全”，除了裸露在外的金手指外，内部还同时封装了主控芯片和闪存芯片 。

不过，存储卡的主控只需要实现最基础的功能即可，并不像SSD硬盘那般需要针对闪存颗粒进行读写优化、写入策略优化等，所以尺寸和功耗极低，没什么存在感。

一款存储卡的性能，主要看它采用的SD规范标准以及总线接口 。以通用性最好的MicroSD存储卡为例，目前市面上多以SDXC+UHS-I为主，读取速度普遍在100MB/s~170MB/s之间。

采用UHS-II或UHS-III总线标准的存储卡速度可以媲美SATA SSD，但它们的价格昂贵，而且采用了双排金手指，兼容这类存储卡的设备也多以专业单反相机和摄像机为主。

SD7.x是最新的SD卡规范标准，它们引入了PCIe总线和NVMe协议，读取速度理论可达985MB/s，目前威刚已经推出了符合该标准的Premier Extreme SDXC SD Express存储卡，但SD7.x存储卡的价格更是吓人，兼容这种存储卡的设备也是凤毛麟角。

总的来说，存储卡是NAND介质存储产品中速度（相对）最慢的，其性能更加依赖终端设备（如手机、相机、笔记本）身上的的读卡器以及控制芯片，而相关的OEM厂商并不愿意在这方面增加预算，所以哪怕存储卡已经有了超高速的SD7.x标准，但至今连UHS-II还未大规模普及，普通用户更是很难接触到。

什么是NAND 型 Flash 存储器？

前言

NAND Flash 和 NOR Flash是现在市场上两种主要的闪存技术。Intel于1988年首先开发出 NOR Flash 技术,彻底改变了原先由 EPROM 和 EEPROM 一统天下的局面。紧接着,1989年,东芝公司发表了 NAND Flash 结构,后者的单元电路尺寸几乎只是 NOR 器件的一半,可以在给定的芯片尺寸内提供更高的容量,也就相应地降低了价格。

1.NAND Flash ROM

NAND Flash ROM 应该是目前最热门的存储芯片了。因为我们生活中经常使用的电子产品都会涉及到它。比如你买手机，肯定会考虑64GB，还是256GB？买笔记本是买256GB，还是512GB容量的硬盘呢？（目前电脑大部分采用了基于 NAND Flash 产品的固态硬盘）。

2.NOR Flash ROM

NOR Flash ROM 的特点是以字节为单位随机存取。这样，应用程序可以直接在 Flash ROM 中执行，不必再把程序代码预先读到 RAM 中。NOR Flash ROM 的接口简单，与通常的扩展存储器一样，可以直接连接到处理器的外围总线上。

与 NOR Flash ROM 相比， NAND Flash ROM 以页（行）为单位随机存取,在容量、使用寿命和成本方面有较大优势。但是它的读出速度稍慢,编程较为复杂,因此大多作为数据存储器使用。嵌入式产品中包括数码相机、MP3 随身听记忆卡、体积小巧的U盘等均采用 NAND Flash ROM 。

在存储结构上，NAND Flash 内部采用非线性宏单元模式,全部存储单元被划分为若干个块(类似于硬盘的,一般为8 KB)，这也是擦除操作的基本单位。进而，每个块又分为若干个大小为512 B的页，每页的存储容量与硬盘每个扇区的容量相同。也就是说，每页都有512条位线,每条位线连接一个存储元。此时，要修改 NAND 芯片中一个字节，就必须重写整个数据块。当Flash 存储器的容量不同时，其块数量以及组成块的页的数量都将不同。相应地，地址信息包括了列地址、块地址以及相应的页面地址。这些地址通过8位总线分组传输，需要多个时钟周期。当容量增大时，地址信息增加，那么就需要占用更多的寻址周期，寻址时间也就越长。这导致NAND Flash的地址传输开销大，因此并不适合于频繁、小数据量访问的应用。

相比较而言，NAND 型 Flash 存储器具有更高的存储密度、更快的写人速度、更低的价格以及更好的擦写耐用性等优点，非常适用于大量数据的存储。但由于NAND Flash的接口和操作都相对复杂，位交换操作频繁，因此通常还要采用错误探测/错误纠正(EDC/ECC)算法来保护关键性数据。

例如深圳雷龙有限公司的 CSNP32GCR01-AOW 芯片。

一.免驱动使用。SD NAND内置了针对NAND Flash的坏块管理，平均读写，动态和静态的EDC/ECC等算法。

二.性能更稳定。由于NAND Flash内部是先擦后写机制，如果软件处理不当，在突然掉电的时候就会导致数据丢失。而SD NAND内部自带的垃圾回收等机制可以很好的规避这个问题。因此CS创世的二代产品才会通过10K次的随机掉电测试。

三.尺寸更小。目前SD NAND 是68mm 大小，8个pin脚，相比Raw NAND的1220mm大小，48个pin脚，采用SD NAND可以做出更小巧的产品，而且也能节省CPU宝贵的GPIO口（这点对于MCU单片机来说更是重要）

四.SD NAND可选容量更多。目前有128MB/512MB/4GB容量。而SLC 的Raw NAND 主流容量128MB，512MB已经少见，供货周期也很长；单颗4GB的Raw NAND基本都是MLC或者TLC NAND的晶圆，管理起来更复杂。

不用写驱动程序自带坏块管理的 NAND Flash（贴片式TF卡），尺寸小巧，简单易用，兼容性强，稳定可靠，固件可定制，LGA-8 封装，标准SDIO接口，兼容SPI，兼容拔插式TF卡/SD卡，可替代普通 TF卡/SD 卡，尺寸 6.2x8mm ，内置平均读写算法，通过1万次随机掉电测试耐高低温，机贴手贴都非常方便，速度级别Class10（读取速度 23.5MB/S 写入速度 12.3MB/S ）标准的 SD2.0 协议普通的SD卡可直接驱动，支持TF卡启动的 SOC 都可以用 SD NAND。

SD NAND原理图如下：

性能最多相差78倍！揭开存储卡的速度之谜

什么是NAND 型 Flash 存储器？

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