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来源：http://www.kongsheng.com/digitpop/jishu01.htm
看完这篇文章，你会对U盘理解很多！
高科技数码产品的背后（一）
--USB移动Flash存储器
前言
这是一个飞速发展的时代，无论科技还是经济。一方面，由于科学技术的进步，生产厂商的竞争，以及人们更高的物质需求，促使高新科技数码产品不断涌现。同时，商家为了获取更大的利润，也利用着一切手段，在这些高科技产品的光环下隐藏了很多鲜为人知的东西。
记得有个朋友曾经问过我，为什么彩色显示器的技术越来越先进，但是质量却越来越差；而机箱这个并没有多少技术含量的东西，其设计和质量却越来越好。原因只有一个，就是消费者并不熟悉彩色显示器的技术内幕，所以厂商就可以"愚弄"大家。对于消费者们非常关注也很容易了解其技术的机箱，就相应地受到重视，生产厂商们自然不敢怠慢了。
笔者作为国内一家知名IT硬件厂商的设计研发工程师，负责公司整个数码产品方面的开发和部分电脑主机板的设计工作。感谢《现代计算机》杂志社能给我这个机会，让我可以揭开高新科技数码产品的美丽外表，把隐藏在背后的东西展露给大家。希望我们的消费者能够深入了解这些产品的技术和内幕，不再盲从于空洞的宣传和朋友的介绍。这对于消费者的利益，技术的进步和生产厂商的长远发展都是大有好处的。
上篇：U盘美丽外壳里究竟有什么？
USB移动Flash存储器，又被称为U盘，大拇哥。随意走进一家电脑市场，都会看到品种繁多，五光十色的U盘，着实吸引了无数的眼球。而在这些美丽的U盘当中，也有不少是采用了半透明外壳。不过，却没有几个人仔细观察过，在这些美丽的U盘外壳下存在着的，到底都是些什么东西。
图一：外观美丽的U盘
1．U盘的分类
U盘分为两大类，常见的U盘都是符合USB1.1接口规范的产品。也有少量是符合USB2.0（兼容USB1.1）接口规范的。众所周知，USB1.1的传输速率只有12Mb/s。所以，如果是符合此规范的产品，最大理论传输速度只有1MB/s多一点。正常情况下，此类U盘的读取速度普遍都在900KB/s左右，写入速度大约为600KB/s。当然，同样的U盘，受到不同的硬件设备和软件系统的影响，其速度也会有一定的差别。由于同类产品之间的速度相差不大，所以，一般不需要很计较其读写速度的快慢。
但是，对于USB2.0的产品来说，读写速度却相差很大。有的仅为2MB/s左右，有的则可以高达5-6MB/s，甚至更高。因此，虽然USB2.0的产品普遍价格偏高，也还不是市场主力，但是如果您需要购买的话，最好还是使用相关的测试软件测试一下读写速度，以免多花冤枉钱。我推荐的测试软件是使用Sisoftware sandra的File system benchmark。测试过程可能需要好几分钟，在这期间，最好不要动鼠标，或者运行其它程序，否则会对结果产生一定影响。当然，如果您购买的是USB2.0的U盘，却使用在USB1.1的接口上，那就只能发挥出USB1.1的速度了。
2．U盘的结构
图二：U盘结构解析图
USB1.1的U盘一般采用两层PCB板设计就够了，而USB2.0的U盘则需要四层PCB板设计。U盘的结构很简单。USB1.1的U盘，一般是由一颗主控芯片，一颗Flash存储芯片，一颗电压转换芯片（部分方案）和几十颗电容、电阻所组成。
主控芯片是控制整个U盘读写存储和辅助功能的芯片。普遍为48脚封装（四边各有12脚）或者32脚封装（两边各有16脚），大小和人的手指甲差不多。而Flash芯片（正确的说是NAND Flash芯片）名词解释：NAND FLASH NAND FLASH是一种只支持顺序读写，使用较复杂的I/O接口进行数据读写的FLASH存储芯片。其特点在于采用了512字节的数据块，和硬盘很类似。所以，基于NAND FLASH的存储设备可以取代硬盘以及同类设备。NAND FLASH的结构能提供极高的单元密度，而且擦写速度非常快，所以很适合应用于数据存储。同时，其价格低廉，每个数据块的最大擦写次数高达一百万次。但是，NAND FLASH的缺点也显而易见。它的结构决定了它不能像普通FLASHROM那样直接运行程序，必须调入系统内存才能运行；因为位交换的现象，需要使用EDC/ECC系统来确保其可靠性；在应用上，NAND FLASH的接口比较复杂。则是存储芯片，相当于硬盘里的磁盘。比主控芯片大约大一倍，为48脚封装（两边各有24脚）。电压转换芯片的作用是，将USB接口接入的5V电压转换为3.3V电压，提供给主控芯片。电压转换芯片只有半个主控芯片大小，4个脚。最近，也有部分较新型的USB1.1的U盘，将电压转换芯片集成到了主控芯片内部，所以，我们在U盘PCB板上只能看到两颗芯片。需要说明的是，这种集成的较新型产品和非集成的产品，在性能上面，并没有什么差异。
USB2.0的U盘结构原本要复杂一些，还会多一颗缓存芯片。不过，现在也逐渐地向USB1.1的U盘结构靠拢了，新型的产品都将这颗缓存芯片也集成到了主控芯片内部。
图三：不同外观的U盘很可能采用相同的方案
3．主控芯片方案
几乎所有的U盘主控芯片，都是我国台湾省的公司设计生产的。大陆并没有一家公司，真正拥有完全属于自己的U盘主控芯片方案。在有的U盘主控芯片上，也许可以看到国内品牌的标记，但是芯片本身还是由台湾或者国外设计生产的，只是根据国内厂商的需要，打上了他们的品牌标记而已。
现在市场上常见的USB1.1的U盘主控芯片方案，主要有台湾的SSS，OTI，TRUMPION，ICREATE等品牌和韩国的POINT CHIP。国内的U盘生产厂商都是套用这些主控芯片方案来进行设计，或者直接照搬其方案来生产。因为这几种方案本身性能和功能差别并不大，而且都有其相应的优缺点。所以，大家根本没有必要认准某种方案的U盘，非选择它不可。
不过，价格上的巨大差异，却是大家需要重视的地方！XX品牌的X玉系列32MB的U盘和有些品牌的32MB U盘一样，都是采用了trumpion t3551芯片的方案。内部的芯片完全一样，而且测试下来的性能和功能也完全一样，但是价格却相差极大。因为前者的外观设计更好看一些，价格就整整是后者的两倍！虽然看起来很舒服，但是使用起来却是完全一样。虽然，更美观的外观设计需要更多的设计成本投入。但是，我个人认为，一个外壳只需要区区几块钱的成本，却要让您多付出将近100块钱去购买这个花哨的外壳，是否有现代版买椟还珠的感觉呢？
图四：这个U盘确实漂亮，但是这外壳是否就值100元呢？
中篇：手工作坊里制造的高科技数码产品
大家买到U盘的时候，一定都会非常开心！因为拥有了一个漂亮时尚的高科技数码产品。而且，存储数据方便多了，拿在手中，挂在脖子上也颇为有型！但是，又有几个人知道，您买到的U盘很可能是"手工作坊"做出来的，根本没有经过机器，是纯手工"打造"的。
1．U盘的生产
生产U盘其实并不需要什么技术。U盘设计完成以后，只要把完成的gerber文件发给PCB生产厂商，由他们做好PCB板，就可以开始生产了。
如果是具备一定规模的厂商，可以采用贴片机器和焊炉生产线来完成芯片和电容，电阻的贴片焊接过程。但是，这样的生产线需要多少成本呢？几百万到上千万！！一个U盘一般赚不了多少钱，也就几十块人民币罢了。但是仅仅生产设备就要投入这么多，值得吗？一个中小厂商也卖不了很多U盘，要想收回这种设备成本就需要很漫长的时间，甚至根本不可能。而且，也没有几家公司会大方到一下子拿出这么多钱买设备。同时，让设备运行起来所需要的费用也非常高昂，为了生产U盘而采用这种生产方式，对于生产厂商来说，简直就是巨大的浪费！即使是具备此能力的大厂，很多时候也未必采用这样的生产方式。
那么，大多数厂商是如何生产的呢？
雇佣一些熟练的焊接女工，成本只是每月支付每人不到1000块钱的工资。就由她们来手工焊接完成U盘的生产。
是否非常吃惊？这种看起来如此高级时尚的产品，竟然是"手工作坊"的"杰作"。可事实就是这样！
（这段内容是不是具有普遍性？是不是国内所有的U盘厂商都是这样干的？）大多数中小厂商就是这样生产的。
2．U盘的烧录
U盘生产出来以后，并不能直接使用，需要一个烧录的过程。就是将一些初始化的程序存储到U盘的Flash存储器当中。在这个过程中，需要使用专门的烧录软件。不同的U盘主控芯片方案，采用的烧录软件也不相同。
烧录开始以后，首先是将Flash存储器格式化，并划分出一个特殊的隐藏区域（暂时称之为A区）来，在这个隐藏区域里可以存储一些U盘的初始化程序。注意，这个A区对于用户而言，是永远都无法看到的。如果这个U盘具备一些特殊功能，那么，这个烧录软件也可以将实现这些功能的程序烧录到U盘上。这时候，这些程序是烧录在大家可以直接看到的区域（B区）里。此时的烧录，也就是普通的copy。有的U盘还具备隐藏区的功能。也就是说，必须通过密码，才可以访问隐藏区（C区），这样，大家就可以很方便的把个人的秘密文件存储在隐藏区里。如果不知道密码的话，谁都无法看到您的文件。烧录程序也会完成这个分区过程，并在B区里存储一个可以开启C区的密码保护程序。
如果您的U盘出现了故障问题，很多时候，只要重新烧录一下，就可以修复如常。但是，生产厂商是不会把烧录程序给用户使用的，因为这会涉及到很多方面的问题。所以，我们的U盘驱动光盘里，只有windows98下的驱动程序，以及一些功能软件。
图五：热销的现代U盘产品
3．U盘生产使用中的常见问题及解决方法
U盘的设计是非常重要的过程，设计方面出现的问题很可能会影响到U盘的品质质量。不过，由于U盘的设计相对非常简单，而且一般大厂的设计都会非常严谨，中小厂商则是直接照搬公版设计方案。所以，一般情况下，设计方面不会对产品使用产生什么问题。不过，由于任何一种U盘主控芯片都存在一定的内在缺陷，烧录软件或者驱动软件也都会有bug，在不经意中，就会出现很多问题。
比如，
1. 有的U盘主控芯片会在特殊的情况下，出现读写时死机的情况；
2. 有的则读写压缩文件时，会使文件包发生变化，导致文件错误；
3. 也有的U盘使用时，感觉读写比较慢，显示灯亮的时间很长；
4. 有些U盘则在这台机器上使用正常，但是到另一台机器上就无法使用了。
上述四种情况是最容易出现的，但是也都是很容易就可以避免的。客户服务部门往往需要花很大的力气向用户再三解释：要按照说明书来进行操作，或者是优先使用驱动光盘中功能软件。
客户服务部门说得没有错，大家在使用过程中确实忘记了这样一个道理：没有任何一个计算机系统或者产品是绝对稳定的！但是，如果按照规则来使用，就会最大限度地避免错误，甚至运气好的话，也许一直都不会碰到问题。
对于操作系统而言，长期使用后的系统就会存在某些错误，也许并不会影响平时系统的运行，但是却会干扰到U盘的使用，驱动程序出错的问题就可能会发生，导致读写死机甚至无法使用。当然，有时候主板方面的问题也会影响U盘的正常使用。
有的U盘则因为主控芯片在文件结构问题上的bug，对某些压缩过的文件兼容性不好，会偶然出现文件错误。所以，为了安全起见，比较重要的文件，不要压缩成压缩包存储在U盘上。
普通的U盘主控芯片并没有做ECC校验功能，所以读写速度就相对比较快。而有的则因为做了这个功能，所以读写文件时，都会自动校验，防止文件出现错误，自然就显得慢一些了。当然，如果是Flash存储器出现了问题，也有可能会慢一些。
另外，很多时候，用户往往忽视说明书或者厂商的建议，使用windows的自带程序对U盘进行操作。这会导致出现很多奇怪的问题，甚至U盘无法使用或损坏。这是因为不同的U盘都需要使用其专用的软件来进行操作，才能保证可靠。而windows的自带程序不可能对所有移动存储器都能很好地兼容。
有一些经验的老用户可能还记得，过去大家都不喜欢用windows的程序对软盘进行格式化，因为那样会经常出现问题。连软盘格式化都可能会出现问题，为什么大家还非要那么信任windows的自带程序呢？
下篇：U盘行业，不得不说的内幕
有些U盘同时贴了2颗Flash存储芯片。如果这是一个64MB的U盘，厂商会解释说，这是因为同时贴了两颗32MB的芯片。但是，你如果拆卸下外壳，仔细观察Flash芯片上的标记的话，就会吃惊的发现，这竟然是两颗64MB的芯片！为什么两颗64MB的芯片相加不是128MB，却是64MB？厂商们是否疯了？用两颗昂贵的64MB芯片拼出一个64MB的U盘？而有时候，你竟然会发现你64MB的U盘，使用的却是一颗128MB的芯片。
1．普遍存在的废品Flash存储芯片
由于生产工艺的问题，Flash存储芯片在生产过程中，比较容易出现一些废品。这些废品并不是真正的不能用，而是容量差太多。大家也许会发现，32MB的U盘往往只有30MB，这其实是很正常的现象。因为32MB的U盘差2-3MB都是合格的产品，就如同大容量硬盘也都因为计算方法的不同，会少几个G一样。但是，有很多芯片却差了很多，相差十几甚至几十MB，这样的产品自然就属于废品了。废品通常都只能丢弃，或者销毁掉。但是，为了谋求更大利润，Flash存储芯片生产商就把这些废品廉价卖给想要的人。在我国台湾省，有时候可以很容易的以100多美元，买到1公斤的废品！
于是，购买的人就从当中挑出所有可以用的芯片，用两颗拼出接近32MB，64MB或者128MB的容量来。并用这样的废品，制造出大家使用的U盘。
不要认为这是小打小闹的情况，这是U盘全行业的普遍行情！！
除了朗科，鲁文等几家绝对大厂和很有影响力的IT硬件厂商以外，就很难找到不使用这种废品来做U盘的厂商了。想象一下你手中的U盘，也许就是用这样的废品做出来的，你还会对这种高新科技数码产品有多少信心呢？
我并不是劝说大家都不要购买U盘，而是建议大家在允许的条件下，最好能购买U盘生产大厂和那种有品牌，有声誉的IT硬件大厂的产品。或者，打开外壳，识别一下Flash芯片的容量。在Flash芯片上，如果有标注"256"或者"56"数字的，就是256Mb（32MB）的芯片。同样，"512"或者"12"的就是64MB芯片，其它可以依此类推。其实，大厂的正规产品未必会售价很高，有时候反而非常便宜，只是没有人识货罢了。
2．下游厂商的悲哀
那么，为什么绝大多数厂商会抱着那么不负责任的态度，用废品来生产U盘呢？一方面固然存在竞争的压力，所以要寻求更低的成本，更高的利润。另一方面，却是因为大家不得不说的苦痛。
技术的掌握者永远都可以掐住下游生产商的脖子！这是亘古不变的真理。而我们国人号称拥有了自己的CPU，拥有了自己的IT产业，而事实上，我们却是那么的虚伪和无奈。
我们并没有什么技术。芯片不是我们设计生产的，我们并不会造。我们造的那些振奋国人的芯片，连我们自己都不敢用。
一个小小的NAND Flash存储芯片，最早是由日本的Toshiba和美国的Sandisk分别研发出来的产品。后来三星得到了相应的授权，韩国人也可以自己生产了。可以说，现在世界上主要的NAND Flash存储芯片货源就来自这三家企业。当然，因为有各自的需要，很多国外公司也开始设计开发自己的NAND Flash芯片，并少量出货。
但是，我们大陆却没有。
于是，上游的厂商可以轻易的控制价格，国内U盘厂商却根本没有办法应对。在今年上半年，三星突然声称自己的新生产工艺发生了问题，所以无法大量出货，导致整个U盘/MP3市场一片恐慌。最后，大家只能忍痛花更多的钱和别人抢那少得可怜的货源。U盘控制芯片的设计生产也是同样的情况，台湾人几乎完全垄断了这个行业。我们经常用来吹嘘的什么自主知识产权，是外国人耻笑我们的话柄。为了生存，废品自然就成了宝贝，大家谁敢不抢啊。
图六：这里面的芯片都是外国人设计生产的
3．技术垄断者的梦想
三星是现在世界上最大的NAND FLASH生产商，三星那边一有风吹草动，国内的下游厂商就立刻胆战心惊。对于今年上半年那次无法大量出货的事件，三星似乎解释得非常合理。然而最近，大陆的行内人士却从我国台湾省得到了一个令人吃惊的内幕消息：
三星想独霸整个U盘/MP3市场，获取最大的利润。
U盘/MP3产品无非就是两个关键技术。一个是NAND Flash，一个就是U盘主控芯片。U盘主控芯片的设计生产，是台湾人的天下，另一家比较有实力的则是韩国的POINT CHIP。POINT CHIP公司是由几个三星芯片设计部门跳槽的工程师所组成的，和三星的关系恐怕并不疏远。而三星和台湾最大的两家U盘主控芯片厂商最近也过往甚密。有消息称，他们已经达成了某种协议。
那就是，由台湾人出主控芯片，三星出NAND Flash，大量生产三星品牌的U盘/MP3产品。而三星的所谓无法大量供货，就是因为三星正在囤积这次行动的充沛物资。来自我国台湾省的消息称，到时候出货的三星32MB容量的U盘，公开售价将在3.7美元左右。而国内厂商仅仅为了得到正品32MB的NAND Flash存储芯片，就需要付出至少5美元的成本。
如果到时候情况属实，那么我们该如何竞争？
等到国内厂商纷纷倒下的时候，就是技术垄断者绽开笑脸，数钱都数不过来的时候了。在大陆，做IT硬件真的很难，要看别人的脸色过日子。什么时候，美丽的彩虹能够飞跨在我们的天空上，让我们不要在风雨交加的黑夜中摸索前行呢？
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发表于 2007-5-15 14:09:59
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