Поймите разницу между различными классами чипов SSD NAND Flash SLC, MLC, TLC, QLC.

Полное название NAND Flash — Flash Memory, которое относится к энергонезависимым запоминающим устройствам (Non-летучей памяти).Он основан на конструкции транзистора с плавающим затвором, и заряды фиксируются через плавающий затвор.Поскольку плавающий затвор электрически изолирован, электроны, достигающие затвора, задерживаются даже после снятия напряжения.В этом и состоит причина постоянной энергонезависимости.Данные хранятся в таких устройствах и не пропадут даже при отключении питания.
Согласно различным нанотехнологиям, NAND Flash пережила переход от SLC к MLC, а затем к TLC и движется в сторону QLC.NAND Flash широко используется в eMMC/eMCP, U-дисках, твердотельных накопителях, автомобилях, Интернете вещей и других областях благодаря своей большой емкости и высокой скорости записи.

SLC (английское полное название (Single-Level Cell — SLC) — одноуровневое хранилище.
Особенностью технологии SLC является то, что оксидная пленка между плавающим затвором и источником тоньше.При записи данных накопленный заряд можно устранить, подав напряжение на заряд плавающего затвора и затем пропустив его через источник., то есть только два изменения напряжения 0 и 1 могут сохранить 1 единицу информации, то есть 1 бит/ячейку, которая характеризуется высокой скоростью, длительным сроком службы и высокой производительностью.Недостатком является низкая производительность и высокая стоимость.

MLC (английское полное название Multi-Level Cell — MLC) — многоуровневое хранилище данных.
Компания Intel (Intel) впервые успешно разработала MLC в сентябре 1997 года. Его функция заключается в хранении двух единиц информации в плавающем затворе (та часть, где заряд сохраняется в ячейке флэш-памяти), а затем использовании заряда разных потенциалов (Уровень ), Точное чтение и запись благодаря контролю напряжения, хранящемуся в памяти.
То есть 2бит/ячейка, каждая ячейка хранит 2битную информацию, требует более сложного контроля напряжения, есть четыре смены 00, 01, 10, 11, скорость в целом средняя, ​​срок службы средний, цена средняя, ​​около Срок службы 3000–10000 раз стирания и записи. MLC работает с использованием большого количества классов напряжения, каждая ячейка хранит два бита данных, а плотность данных относительно велика и может хранить более 4 значений одновременно.Следовательно, архитектура MLC может иметь лучшую плотность хранения.

TLC (английское полное название Trinary-Level Cell) — трехуровневое хранилище.
TLC составляет 3 бита на ячейку.Каждая ячейка хранит 3-битную информацию, которая может хранить на половину больше данных, чем MLC.Существует 8 видов изменения напряжения от 000 до 001, то есть 3 бита на ячейку.Есть также производители флэш-памяти под названием 8LC.Требуемое время доступа больше, поэтому скорость передачи медленнее.
Преимущество TLC заключается в том, что цена дешевая, себестоимость производства на мегабайт самая низкая, а цена дешевая, но срок службы короткий, всего около 1000-3000 стираний и перезаписей, но тщательно проверенные частицы TLC SSD могут Обычно используется более 5 лет.

QLC (английское полное название Quadruple-Level Cell) четырехслойный блок хранения данных.
QLC также можно назвать 4-битным MLC, четырехуровневой единицей хранения, то есть 4 бита на ячейку.Предусмотрено 16 изменений напряжения, но емкость можно увеличить на 33%, то есть производительность записи и срок службы стирания еще больше снизятся по сравнению с TLC.В конкретном тесте производительности компания Magnesium провела эксперименты.Что касается скорости чтения, оба интерфейса SATA могут достигать 540 МБ/с.QLC хуже работает по скорости записи, поскольку время программирования P/E больше, чем у MLC и TLC, скорость медленнее, а скорость непрерывной записи составляет от 520 МБ/с до 360 МБ/с, произвольная производительность упала с 9500 операций ввода-вывода в секунду до 5000. IOPS, потеря почти половины.

PS: Чем больше данных хранится в каждой ячейке, тем выше емкость на единицу площади, но в то же время это приводит к увеличению различных состояний напряжения, которым сложнее управлять, поэтому стабильность чипа NAND Flash становится хуже, а срок службы становится короче, каждый из которых имеет свои преимущества и недостатки.

(Чтение и запись NAND Flash приведены только для справки)
Нетрудно заметить, что производительность четырех типов флэш-памяти NAND различна.Стоимость единицы емкости SLC выше, чем у других типов частиц флэш-памяти NAND, но время хранения данных у нее больше, а скорость чтения выше;QLC имеет большую емкость и меньшую стоимость, но из-за его низкой надежности и долговечности недостатки и другие недостатки все еще требуют доработки.

С точки зрения производственных затрат, скорости чтения и записи и срока службы четыре категории распределяются следующим образом:
SLC>MLC>TLC>QLC;
В настоящее время основными решениями являются MLC и TLC.SLC в основном предназначен для военных и корпоративных приложений и отличается высокой скоростью записи, низким уровнем ошибок и длительным сроком службы.MLC в основном предназначен для приложений потребительского уровня, его емкость в 2 раза выше, чем у SLC, он недорогой, подходит для USB-накопителей, мобильных телефонов, цифровых камер и других карт памяти, а также сегодня широко используется в твердотельных накопителях потребительского уровня. .

Флэш-память NAND можно разделить на две категории: 2D-структуру и 3D-структуру в соответствии с различными пространственными структурами.Транзисторы с плавающим затвором в основном используются для 2D FLASH, тогда как для 3D Flash в основном используются транзисторы CT и плавающий затвор.Это полупроводник, трансформатор тока — изолятор, они разные по своей природе и принципу.Разница в следующем:

2D-структура NAND Flash
2D-структура ячеек памяти расположена только в плоскости XY чипа, поэтому единственный способ добиться более высокой плотности на той же пластине с использованием технологии 2D-флэш-памяти — это уменьшить технологический узел.
Обратной стороной является то, что ошибки во флэш-памяти NAND чаще встречаются на узлах меньшего размера;кроме того, существует ограничение на минимальный используемый узел процесса, а плотность хранения невелика.

3D-структура NAND Flash
Чтобы увеличить плотность хранения, производители разработали технологию 3D NAND или V-NAND (вертикальная NAND), которая укладывает ячейки памяти в Z-плоскости на одной пластине.

Во флэш-памяти 3D NAND ячейки памяти соединяются как вертикальные строки, а не как горизонтальные строки в 2D NAND, и такое построение помогает достичь высокой плотности битов для той же площади чипа.Первые продукты 3D Flash имели 24 слоя.