从NOR转向使用CSSDNAND：为什么必须加入缓存（Cache）机制？
2025-12-16 16:48阅读：
在传统使用 NOR Flash
的系统中，工程师通常习惯“随写随存”：写入数据粒度小，可以随机写入，不需要复杂的缓存或写入管理机制。不过随着使用场景发生转变，NOR
Flash容量小，单位容量成本高，写入速度慢等成为瓶颈，很多工程师开始转向使用CS SD NAND这种NAND Flash产品.
在使用NAND过程中时如果仍然沿用 NOR 的写法，就容易遇到两个问题：
1 寿命容易折损
2 写入性能不稳定，出现延迟变慢
这些问题背后的根本原因就是：NAND Flash 不同于 NOR
Flash，必须配合缓存（Cache/Buffer）来优化写入策略。
一、根本区别：写入粒度与擦除粒度完全不同
项目
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NOR Flash
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NAND Flash（SD NAND）
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写入最小粒度
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Byte/Word 级
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Page（页）级，通常 2KB~16KB
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擦除粒度
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Sector（扇区，约4KB）
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B |
lock（块），通常包含 64~128 个 Page
坏块管理
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一般不需要
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芯片内部已自带
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写入策略
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可随机写入
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建议先缓存，再合并写入
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是否需要管理算法
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通常不需要
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芯片内部已有FTL（Flash Translation Layer）
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→ 重点：NAND 的最小写入单位是 Page（NOR是Byte），而擦除单位是
Block，这决定了它必须配合缓存使用。
二、不用缓存的后果：写入放大（Write
Amplification）
假设主机只写入 200 字节数据（Bytes），这小于 Page 大小，例如SD
NAND内部存储单元的物理 page 为 4K。那么 SD NAND 必须执行：
1.把原始 Page 内容读取到 RAM 中
2.在 RAM 中修改那 200 字节
3.将整个 Page（4KB）重新写回
4.如果要写回的Block 已写满，还需要触发 Block
搬移与擦除（擦除一个新的Block，
然后将本次修改后的page数据和旧Block中有效page一个一个的写入新Block中！）（即 Block
Copy / Block Merge）
于是就出现了“写入放大（Write
Amplification）”：
主机写 200 Bytes 数据，NAND Flash 实际却写了 4KB 甚至更多
。
WA（写放大倍数）越高 → Flash 寿命消耗越快 →
性能越不稳定。
缓存机制的意义，就是把零碎数据先暂存，再“合并写入”，减少写入放大。
而NOR
Flash由于写入最小颗粒度是Byte，直接写入200字节的数据就好，写入放大的问题比较轻微。只是写入耗时 相比
做了缓存的NAND会多很多。
三、写入放大的影响
1 寿命加速折损（P/E Cycle 快速消耗）
NAND Flash 的寿命主要取决于擦写次数（P/E Cycle）。例如 SLC NAND 一般是
50K~100K 次，如果写入放大严重，实际擦写次数会远高于用户真实写入次数：
示例：
主机实际写入 1GB 数据，但 WA=4，
Flash 实际写入 4GB 数据，相当于寿命减少到 原来的
1/4。
我们在客户端碰到过一个极端例子，客户做数据记录设备，写入频次非常高也不做缓存，每次只往SD
NAND写入几个字节，几个月以后发现产品寿命出现折损。客户按照自己的理论值推算，总写入量只有20~30GB，远没有达到产品的总写入量，我们预估这种场景下的WA至少是100~上千，因此寿命折损相当厉害
2 响应延迟和写入速度变慢
当写入放大导致频繁的后台操作（GC 垃圾回收、Block Merge、Wear-Leveling
磨损均衡），会导致：
- 写入性能不稳定
-
存在明显的延迟（几百毫秒甚至更长）
- 有时主机以为“Flash
卡住了”
这些现象并不是 Flash 性能差，而是没有缓存 +
没有合理写入策略导致的。
具体在使用时会碰到：刚用的时候好好的，用一段时间感觉产品变卡了，响应变慢了也是这个原因。刚开始使用时flash里面都是空白，不太会触发以上操作，但满盘写入几次之后就开始触发频繁的后台操作，响应明显变慢。
四、加入缓存的好处：可控、可预测、可优化
是否使用缓存
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写入性能
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寿命
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响应速度
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是否便于调试
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未使用
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不稳定
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快速下降
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波动大
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难定位问题
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使用缓存
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稳定
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可评估
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可预测
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可持续优化
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缓存不仅提升速度，更重要的是让系统行为变得“可控”和“可维护”。
对产品化非常重要。
五、SD NAND 的角色：不仅是
NAND，更是“简化控制器方案”
创世CS的 SD NAND已经内置了基础的 FTL、坏块管理与控制器逻辑，相比裸 NAND
更容易使用。但即便如此仍然建议：建立写入缓存（例如 4KB/8KB）
简言之：SD NAND 已经帮工程师做了一层管理，但它仍然不是 NOR，不建议
“随写随存”。
特别是针对数据记录和采集设备，医疗记录设备。都存在ms级别的数据采集，单次数据采集量都非常小（几个~几百字节）这种场景，一定要先做缓存再写入！
六、总结
从 NOR 转向 NAND（包含所有使用NAND Flash的产品，比如SD NAND, eMMC,
SSD等） 时，为什么必须使用缓存？
NAND 的写入必须以 Page 为单位、擦除必须以 Block
为单位
如果不做缓存，就会出现写入放大（Write
Amplification）
写入放大会导致：
- 寿命快速折损
-
写入性能/响应速度不稳定
- 系统行为不可预测
采用缓存机制后，既能发挥NAND
Flash容量大，价格便宜，写入速度快的优势，又得到一个可预测、可调优、可维护，使用寿命长的系统。
