NAND Flash，做为现行固态硬盘以及手机储存空间的主流技术，它有高速传输以及抗震的优点，使其成为现行行动装置的市场占有者。然而，它究竟是怎么运作的？市场上常听到的 SLC、MLC 又是什么东西？以下将一一说明。
便于管理，NAND Flash 分区！
一片 Flash 的内部会被区分成很多块（block），每一块再细分成许多页（page）。我们可以将一片 Flash 比拟成一个书柜，书柜内部有很多本笔记本（block），每本笔记本里都有相同样数量的页面（page），有些页面有资料，有些是空白的，就像是我们手机或笔电的储存空间一样，有些地方有资料，有些地方是空的。
当我们要在书柜中找资料时，因为笔记本已经分门别类地放在架上，而且我们有张小抄记得要找的资料在哪一页。因此，我们可迅速的找出该本笔记本，直接翻到该页查看资料。当要修改笔记本内部的资料时，则会找一空白的页面，将修改后的资料写在此页上，把原本那一页涂黑，并记下新的资料在那边。
在 Flash 内部，有个专门的元件负责管理资料的存放，而 flash 的结构就像是书柜一样。因此，我们可以轻易地如上所述那样寻找资料以及撰写资料。
因为修改资料是直接涂黑而非擦掉，因此，当其中一本笔记本差不多被涂黑之后，就只能将有用的资料抄至别处，直接换一本新的笔记本。Flash 则是当其中一块里面的页面都差不多不能再写资料的时候，将有用的资料存到另一块中，将不能读写的那一块重新充电，让该块变得像新的一样。
速看元件结构，揭开 NAND Flash 的面纱
一个 NAND Flash 单元的结构如下图。和 MOSFET 相比，它多了浮闸（Floating Gate），NAND Flash 便是借由这个元件储存资料。
▲ 此为 Flash 的结构，除了 Floating Gate 的部分外，剩下的构造皆和 MOSFET 类似。
▲ 将 Flash 的单元以 NAND 逻辑闸的方式排列，便成为 NAND Flash。（Source：wikipedia user Cyferz [GFDL or CC-BY-SA-3.0], via Wikimedia Commons）
当要将电子存放进浮闸时，便是调整控制闸（Word Line Control Gate）的电压，让部分电子以量子穿隧效应跃进浮闸。当电子充满浮闸时，它便代表 0，当浮闸内部没有电子时，则代表着 1。一旦要写资料进入 memroy 中，则将部分元件的电子导出浮闸。这样便可形成 0 和 1 相间的排列方式，满足储存资料的目标。
如果将多个 Flash 单元，以 NAND 逻辑闸的排列方式排列，如右上图。这类的 Flash 便被称为 NAND Flash。采用这个排列方式的 Flash 所具备的优点是可以减少 Source Line 和 Bit Line 的数量，在寸土寸金的晶圆上，容纳更多的储存元件。缺点则是读资料时，一次只能读取一个元件，不能整条一起读，以及欲充电时，必须将整条 NAND Flash 单元一起充电。
当我们将多条 NAND Flash 单元摆放在一起，如下图。便会形成一片 Flash。Page、Block 在硬件中大致是依此方法分配。
▲ 2D NAND Flash 实际制作出来的电路简图，由图中可以明显得知 Block 是将多个 Page 组合起来而成。（Source：Slideshare）
在既存结构下塞入更多资料，MLC
上面介绍的 NAND Flash 被归类在 SLC（Single Level Cell）中，SLC 是指在一个 NAND Flash 单元中，只储存一单位的资料，也就是 0 或 1。然而，制程演进的速度跟不上使用者对大容量 Flash memory 的需求。
因此，制造商便想到可以在单一 Flash 单元中，依据电子存放的多寡来分成4个等级。每一个等级代表一种资讯排列，分别为 00、01、10、11。如此，便可在既有的技术下，提供两倍的储存容量。采用这种技术的 NAND Flash 便被称为 MLC（Multi-Level Cell）。
然而，因为 MLC 是将原本元件再多分2级，导致在电子数量的判断上，将更加严格，让 MLC 对错误的容忍度比 SLC 低，寿命也较短。至于现在逐渐在市场出现的 TLC（Triple-Level Cell），则是在一个 Flash 单元中分成 8 个等级，分别为 000、001、010、011、100、101、110、111。可想而知，TLC 的寿命必定小于 MLC。
NAND Flash 的寿命，读写次数上限
NAND Flash 会有寿命是因为在写资料的时候，需要施加较高的电压，将电子强行跃过绝缘体，以进入浮闸，或离开浮闸。每次执行这个步骤时，都会对绝缘体层造成伤害。渐渐的，绝缘体层将失去隔绝电子的能力，使浮闸无法再保存资料。
此外，大多数的使用者会频繁的使用部分程式，电脑在读写资料的时候将无法平均的读写整片内存，而是频繁的使用特定几块（block）。为了避免特定几块被迅速的使用而导致内存容量下降，制造商会再加上控制器，以变换定址的方式，平衡每一块的使用次数，让 NAND Flash 有更长的寿命。
因为有控制器在监控内存的使用情形，目前已经不需要太担心 NAND Flash 的寿命，只要硬盘不要装满资料，留有部分的空间做平衡读写，基本上再换新电脑前，硬盘都不会有坏掉的问题。
在考虑传输速度以及单位储存空间的价钱。现在以 NAND Flash 为核心的 SSD 逐渐成为主流，开始侵蚀传统硬盘的市场，称 NAND Flash 为现行储存界的王者，相当合适。
（首图来源：Flickr/Intel Free Press CC BY 2.0）
