快閃記憶體通常包括NOR和NAND兩種型別。NOR快閃記憶體是由Intel公司開發的，是一種隨機訪問裝置，具有專用的地址和資料線（和SRAM類似），以位元組的方式進行讀寫，允許對儲存器當中的任何位置進行訪問，這使得NOR快閃記憶體是傳統的只讀儲存器（ROM）的一種很好的替代方案，比如計算機的BIOS晶片。而NAND快閃記憶體則沒有專用的地址線，不能直接定址，是通過一個間接的、類似I/O的介面來發送命令和地址來進行控制的，這就意味著NAND快閃記憶體只能夠以頁的方式進行訪問。相對於NOR快閃記憶體而言，NAND快閃記憶體只需要更少的邏輯閘就可以儲存相同數量的位，因此，NAND快閃記憶體比NOR快閃記憶體體積更小，儲存密度更大。就讀取速度而言，NOR快閃記憶體要比NAND快閃記憶體稍快一些；就寫入速度而言，NAND快閃記憶體要比NOR快閃記憶體快許多。NAND快閃記憶體執行擦除操作比較簡單，只需要擦除整個塊即可。NOR快閃記憶體進行擦除時，需要把所有的位都寫為1。NOR快閃記憶體雖然具備更快、更簡單的訪問過程，但是，儲存能力比較低，因此，比較適合用來進行程式的儲存。NAND快閃記憶體可以提供極高的單元儲存密度（當前單個晶片具備了32GB的儲存能力），比較適合儲存大量的資料，並且寫入和擦除的速度也很快；此外，NAND快閃記憶體的讀寫操作單元通常是一個扇區的大小（即512KB），這使得NAND快閃記憶體和磁碟的行為非常類似。
快閃記憶體晶片是由一組資料儲存單元陣列組成的，包含許多個塊，每個塊又包含許多個―頁（通常是32個頁），一個頁通常是512 位元組，因為快閃記憶體被開發出來時的最初目的就是為了取代磁碟，因此，一個快閃記憶體頁的大小和磁碟扇區大小保持了一致。一個頁不僅包括資料區域（通常是512 位元組），還包含了一個額外的、小的備用區域（通常是16 位元組），或者稱為―帶外資料（OOB：Out of Band）區域，它是用來儲存一系列的管理資訊，包括：（1）錯誤糾正碼；（2）和儲存在資料區域中的資料對應的邏輯頁面編號；（3）頁面狀態。在寫資料的同時，就可以順便把管理資訊寫入這些備用區域，額外開銷有時候可以忽略不計。每個快閃記憶體頁的狀態可以是以下三種狀態中的一種：（1）有效；（2）無效；（3）自由/擦除。當沒有資料被寫入一個頁時，這個頁就處於―擦除狀態，這時，頁中的所有位都是1。一個寫操作只能針對處於擦除狀態的頁，然後把這個頁的狀態改變為有效。異地更新會導致一些頁面不再有效，它們被稱為無效頁。 快閃記憶體的一個塊通常包含64個頁，因此，一個塊的大小通常16KB，一般稱這種快閃記憶體為―小塊NAND快閃記憶體‖。但是，一些高階應用需要更快的寫和擦除速度，因此，快閃記憶體生產商開始生產―大塊NAND快閃記憶體，這類快閃記憶體中，一個塊包含了64個頁，每個頁2112位元組，因此，一個塊的大小就是128KB。
NAND Flash作為一種比較實用的固態硬碟儲存介質，有自己的一些物理特性，需要有基本的管理技術才能使用，對設計者來說，挑戰主要在下面幾點：
1.需要先擦除才能寫入。
2.損耗機制，有耐久度限制。
3.讀寫時候造成的干擾會造成資料出錯。
4.資料的儲存期。
5.對初始和執行時候的壞塊管理。
只有至少滿足這些基本的管理技術，才能讓NAND Flash成為一款可以使用的固態儲存介質。（這裡還沒有談到任何關於效能的地方，因為那是這些基本條件滿足後的事。）
當滿足了上面的5點後，才該談到穩定，效能，耐久度，影響這些的5大因素為：
1.SLC和MLC
2.平衡磨損演算法
3.透過壞塊管理技術確保資料的完整性。
4.使用錯誤檢測和校正技術
5.寫入放大
只有滿足了這些條件，才能得到一款理想中的完美的固態硬碟。
Flash全名叫做Flash Memory，屬於非易失性儲存裝置(Non-volatile Memory Device)，與此相對應的是易失性儲存裝置(Volatile Memory Device)。關於什麼是非易失性/易失性，從名字中就可以看出，非易失性就是不容易丟失，資料儲存在這類裝置中，即使斷電了，也不會丟失，這類裝置，除了Flash，還有其他比較常見的如硬碟，ROM等，與此相對的，易失性就是斷電了，資料就丟失了，比如大家常用的記憶體，不論是以前的SDRAM，DDR SDRAM，還是現在的DDR2，DDR3等，都是斷電後，資料就沒了。
Flash的內部儲存是金屬-氧化層-半導體-場效電晶體(MOSFET)，裡面有個懸浮門(Floating Gate)，是真正儲存資料的單元
資料在Flash記憶體單元中是以電荷(electrical charge) 形式儲存的。儲存電荷的多少，取決於圖中的控制門（Control gate）所被施加的電壓，其控制了是向儲存單元中衝入電荷還是使其釋放電荷。而資料的表示，以所儲存的電荷的電壓是否超過一個特定的閾值Vth 來表示。
1.對於NAND Flash的寫入（程式設計)，就是控制Control Gate去充電（對Control Gate加壓），使得懸浮門儲存的電荷夠多，超過閾值Vth，就表示0。
2.對於NAND Flash的擦除(Erase)，就是對懸浮門放電，低於閥值Vth，就表示1。
NAND Flash的架構:
如上圖所示，這是一個8Gb 50nm的SLC顆粒內部架構。
每個page有33,792個單元，每個單元代表1bit(SLC)，所以每個page就是4096Byte + 128Byte。 每個Block有64個page組成，所以每個Block容量為262,114Byte + 8192Byte
page是NAND Flash上最小的讀/寫單位（一個page上的單元共享一根字元線Word line），塊是最小的擦除單位。(不同廠牌不同型號顆粒有不同的page和block大小)
下圖是個8Gb 50nm的SLC顆粒。
4KB的頁尺寸，256KB的塊尺寸。圖中4096位元組用於儲存資料，另外128位元組用來做管理和ECC用。
SLC 和 MLC 區別：
SLC主要針對軍工，企業級應用，有著高速寫入，低出錯率，長耐久度特性。 MLC主要針對消費級應用，有著2倍容量於SLC，低成本，適合USB閃盤，手機，數碼相機等儲存卡。如今也被用於消費級固態硬碟上。
由上圖可以看到，MLC和SLC雖然使用相同的電壓值，但是電壓之間的閥值被分成了4份，直接影響了效能和穩定性。主要有下面幾點：
1.相鄰的儲存電荷的懸浮門間會互相干擾，造成懸浮門裡的電荷不穩定出現bit錯誤，MLC由於閥值相比SLC更接近，造成出錯機率更大。 2.MLC讀寫效能降低，寫入更是降低50%以上，因為需要確認充入電荷的量，這需要更精確的處理。SLC只有0和1，也就是有和沒有，而MLC會有00,01,10,11 4個狀態，在充入電荷後還要去判斷是哪個狀態，自然就慢了。 3.因為上面說的，造成額外的讀寫壓力，所以功耗明顯增大。 4.因為額外的讀寫壓力，造成快閃記憶體的寫入耐久度和資料儲存期受到影響。
eMLC和eSLC的耐久度提升是用犧牲了資料儲存期和增加讀寫時間換來的。（也就是效能會更差點）
挑戰1：需要先擦除才能寫入。
當今的NAND Flash可以讀/寫一個page，但是必須以block大小擦除。
擦除操作就是讓塊中所有的bit變為1，從一個乾淨的“已擦除”狀態的block重新開始。當裡面的頁變為0後，只有擦除整個塊才能讓這個頁變為1。為了儘量減少擦除的次數，成熟的塊管理技術必不可少。
挑戰2：讀/寫干擾。
NAND Flash的電荷非常不穩定，在讀/寫中很容易對鄰近的單元造成干擾，干擾後會讓附近單元的電荷脫離實際的邏輯數值，造成bit出錯，因為閥值接近的關係，MLC相對SLC來說更容易受到干擾。
讀取干擾
讀取干擾指的是在讀取某個page時，鄰近的bit會受到升高電壓的干擾，造成bit出錯。寫入干擾指的是，某個page在寫入時，鄰近bit的電壓也被升高了，造成bit出錯。相對寫入干擾來說，讀取干擾明顯小的多。在讀/寫干擾中，可能造成某些bit被改變，結果造成資料出錯。所以需要在返回資料給主機前，用ECC/EDC演算法來糾正這些bit的錯誤。隨著快閃記憶體工藝的提升，同樣大小的晶片上被封裝入更多的單元，造成干擾越來越厲害，所以需要更強大的ECC/EDC來糾正bit。
挑戰3：資料儲存期限
資料儲存期指的是當完全斷電後，資料能在NAND Flash裡儲存多久。NAND單元必須保證一個穩定的電壓水平，來保證資料是有效的。典型的SLC一般為10年。電荷從懸浮門裡漏出，我們叫做電子遷移，當隨著時間的流逝，電荷洩漏到一定程度，改變了NAND單元裡懸浮門的電壓對應的邏輯值，這樣就造成bit出錯。
資料儲存期會隨著擦寫次數的增加而明顯降低，而且從上面的原理中看出，MLC的資料儲存期明顯會比SLC少。（更容易被干擾)
挑戰4： 壞塊
NAND Flash裡有2種壞塊型別：
1，出廠壞塊：由於為了保證產量和控制成本,出廠的NAND Flash某些就會有壞塊。廠商保證SLC出廠壞塊低於2%，MLC出廠壞塊低於5%。 2，積累壞塊：在多次的寫入/擦除迴圈中，某些NAND單元的電荷電壓被永久性的改變了，那就意味著包含這個NAND單元不可用了。
所以固態硬碟需要有壞塊管理才能使用，主控制器用壞塊表來映射出廠壞塊和積累壞塊到壞塊區內，出廠時，顆粒的第一個塊Block 0廠商會保證是可用的（至少ECC後可用）。
挑戰5：擦寫次數限制
造成NAND Flash有擦寫次數限制的主要有2個因素：
1，電荷被困在氧化層，不能進入懸浮門。 2，氧化層結構被破壞。
如圖，一旦氧化層損壞到達一定程度，造成電荷越來越難在P-substrate和懸浮門之間交流。電荷被困在氧化層造成懸浮門中的電壓到不了閥值，所以說這個NAND單元就要被放入壞塊區了。
當前主流SLC的P/E為10萬次，50nm MLC為1萬次，3xnm的MLC為5000次。到了這個數字並不意味著就不能用了，這個只是代表平均壽命，也就是說到了這個次數後，壞塊就會開始大量增加了。
隨著工藝提升，ECC的要求越來越高，43nm的SLC顆粒，鎧俠規定1bit ECC的就夠了，而24nm SLC要8bit ECC, 到了1xnm MLC要求達到40bit ECC。
附； ECC
影響NAND Flash穩定性和耐久度的一個主要因素就是ECC能力，目前最常用的三種演算法是：
1.Reed-Solomon。2.Hamming。3.BCH (Bose, Ray-Chaudhuri, Hocquenghem)
不管何種ECC演算法，何種主控，檢測錯誤的方式是相同的：
1.每當一個page寫入NAND Flash，資料會通過ECC引擎，創造獨特的ECC簽名。 2.資料和對應的ECC簽名存都存放在NAND Flash裡，資料放在資料區，ECC簽名放在 SA區。 3.當需要讀取資料時，資料和ECC簽名一起被送往主控制器，此時新的ECC簽名被生成。 4.此時主控把2個簽名對照，如果簽名相同，說明資料沒有錯誤，資料就會被送往主機。如果簽名不同，資料就會先放在主控裡，而不是直接送往主機。
某些主控會把改正後的資料再次寫回快閃記憶體，另一些則不會，因為誰也不知道下次讀取會不會再出錯。
ECC的能力直接關係到NAND Flash的耐久度，資料儲存期。當NAND Flash的P/E數到了之後，錯誤數會越來越多，ECC弱的直接就報壞塊並標記退休，如果ECC能力足夠強，就能挖掘出Flash所有潛力。
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