Zrozum różnicę między różnymi klasami chipów SSD NAND Flash SLC, MLC, TLC, QLC

Pełna nazwa NAND Flash to Flash Memory, która należy do urządzenia pamięci nieulotnej (Non-volatile Memory Device).Opiera się na konstrukcji tranzystora z bramką pływającą, a ładunki są zatrzaskiwane przez bramkę pływającą.Ponieważ bramka pływająca jest elektrycznie izolowana, elektrony docierające do bramki są uwięzione nawet po odłączeniu napięcia.To jest uzasadnienie niestabilności typu flash.Dane są przechowywane na takich urządzeniach i nie zostaną utracone nawet po wyłączeniu zasilania.
Według różnych nanotechnologii pamięć NAND Flash przeszła przejście z SLC na MLC, a następnie na TLC i zmierza w kierunku QLC.NAND Flash jest szeroko stosowany w eMMC/eMCP, dysku U, dysku SSD, samochodach, Internecie rzeczy i innych dziedzinach ze względu na dużą pojemność i dużą prędkość zapisu.

SLC (pełna nazwa angielska (Single-Level Cell – SLC) to magazyn jednopoziomowy
Cechą charakterystyczną technologii SLC jest to, że warstwa tlenku pomiędzy bramką pływającą a źródłem jest cieńsza.Podczas zapisywania danych zgromadzony ładunek można wyeliminować, przykładając napięcie do ładunku bramki pływającej, a następnie przechodząc przez źródło., czyli tylko dwie zmiany napięcia 0 i 1 mogą przechowywać 1 jednostkę informacji, czyli 1 bit/komórkę, która charakteryzuje się dużą szybkością, długą żywotnością i dużą wydajnością.Wadą jest mała pojemność i wysoki koszt.

MLC (pełna nazwa angielska Multi-Level Cell – MLC) to magazyn wielowarstwowy
Firma Intel (Intel) po raz pierwszy pomyślnie opracowała technologię MLC we wrześniu 1997 r. Jego funkcją jest przechowywanie dwóch jednostek informacji w pływającej bramce (części, w której ładunek jest przechowywany w komórce pamięci flash), a następnie wykorzystanie ładunku o różnych potencjałach (poziom ), Dokładny odczyt i zapis poprzez kontrolę napięcia zapisaną w pamięci.
Oznacza to, że 2 bity na komórkę, każda jednostka komórkowa przechowuje informacje 2-bitowe, wymaga bardziej złożonej kontroli napięcia, istnieją cztery zmiany 00, 01, 10, 11, prędkość jest ogólnie średnia, żywotność jest średnia, cena jest średnia, około 3000–10000 razy żywotność wymazywania i pisania.MLC działa przy użyciu dużej liczby stopni napięcia, każda komórka przechowuje dwa bity danych, a gęstość danych jest stosunkowo duża i może przechowywać więcej niż 4 wartości jednocześnie.Dlatego architektura MLC może mieć lepszą gęstość przechowywania.

TLC (pełna nazwa angielska Trinary-Level Cell) to trójpoziomowa pamięć masowa
TLC wynosi 3 bity na komórkę.Każda jednostka komórkowa przechowuje 3-bitową informację, która może pomieścić o 1/2 więcej danych niż MLC.Istnieje 8 rodzajów zmian napięcia od 000 do 001, czyli 3 bity/komórkę.Istnieją również producenci Flash o nazwie 8LC.Wymagany czas dostępu jest dłuższy, więc prędkość transferu jest mniejsza.
Zaletą TLC jest to, że cena jest tania, koszt produkcji na megabajt jest najniższy, a cena jest tania, ale żywotność jest krótka, tylko około 1000-3000 żywotności kasowania i przepisywania, ale mocno przetestowany dysk SSD z cząsteczkami TLC może być używane normalnie przez ponad 5 lat.

Czterowarstwowa jednostka magazynująca QLC (pełna nazwa angielska Quadruple-Level Cell).
QLC można również nazwać 4bit MLC, czterowarstwową jednostką pamięci, czyli 4 bitami na komórkę.Istnieje 16 zmian napięcia, ale pojemność można zwiększyć o 33%, co oznacza, że ​​wydajność zapisu i żywotność wymazywania zostaną jeszcze bardziej zmniejszone w porównaniu z TLC.W konkretnym teście wydajności Magnesium przeprowadził eksperymenty.Jeśli chodzi o prędkość odczytu, oba interfejsy SATA mogą osiągnąć 540MB/S.QLC ma gorszą prędkość zapisu, ponieważ czas programowania P/E jest dłuższy niż MLC i TLC, prędkość jest mniejsza, a prędkość ciągłego zapisu wynosi od 520 MB/s do 360 MB/s, losowa wydajność spadła z 9500 IOPS do 5000 IOPS, strata prawie o połowę.

PS: Im więcej danych jest przechowywanych w każdej jednostce Cell, tym większa jest pojemność na jednostkę powierzchni, ale jednocześnie prowadzi to do wzrostu różnych stanów napięcia, co jest trudniejsze do kontrolowania, więc stabilność chipa NAND Flash staje się gorszy, a żywotność staje się krótsza, a każde z nich ma swoje zalety i wady.

(Żywotność odczytu i zapisu pamięci NAND Flash ma wyłącznie charakter poglądowy)
Nietrudno zauważyć, że wydajność czterech typów pamięci flash NAND jest inna.Koszt jednostkowy pojemności SLC jest wyższy niż w przypadku innych typów cząstek pamięci NAND flash, ale czas przechowywania danych jest dłuższy, a prędkość odczytu większa;QLC ma większą pojemność i niższy koszt, ale ze względu na niską niezawodność i długowieczność niedociągnięcia i inne niedociągnięcia nadal wymagają dalszego rozwoju.

Z punktu widzenia kosztów produkcji, szybkości odczytu i zapisu oraz żywotności ranking czterech kategorii wygląda następująco:
SLC>MLC>TLC>QLC;
Obecnie głównymi rozwiązaniami są MLC i TLC.SLC jest przeznaczony głównie do zastosowań wojskowych i korporacyjnych, zapewniając dużą prędkość zapisu, niski poziom błędów i długą trwałość.MLC jest przeznaczony głównie do zastosowań konsumenckich, jego pojemność jest 2 razy większa niż SLC, jest tania, odpowiednia do dysków flash USB, telefonów komórkowych, aparatów cyfrowych i innych kart pamięci, a także jest obecnie szeroko stosowana w dyskach SSD klasy konsumenckiej .

Pamięci flash NAND można podzielić na dwie kategorie: strukturę 2D i strukturę 3D według różnych struktur przestrzennych.Tranzystory z bramką pływającą są używane głównie w trybie 2D FLASH, podczas gdy w trybie flash 3D wykorzystuje się głównie tranzystory CT i bramkę pływającą.Jest półprzewodnikiem, CT jest izolatorem, oba różnią się charakterem i zasadą.Różnica jest następująca:

Struktura 2D NAND Flash
Struktura 2D komórek pamięci jest ułożona jedynie w płaszczyźnie XY chipa, więc jedynym sposobem na osiągnięcie większej gęstości w tej samej płytce przy użyciu technologii 2D flash jest zmniejszenie węzła procesowego.
Wadą jest to, że błędy w pamięci flash NAND występują częściej w przypadku mniejszych węzłów;ponadto istnieje ograniczenie najmniejszego węzła procesu, jaki można wykorzystać, a gęstość przechowywania nie jest wysoka.

Struktura 3D NAND Flash
Aby zwiększyć gęstość pamięci, producenci opracowali technologię 3D NAND lub V-NAND (pionową NAND), która polega na układaniu komórek pamięci w płaszczyźnie Z na tej samej płytce.

W pamięci flash 3D NAND komórki pamięci są połączone jako ciągi pionowe, a nie poziome w przypadku pamięci 2D NAND, a budowanie w ten sposób pomaga uzyskać wysoką gęstość bitową dla tego samego obszaru chipa.Pierwsze produkty 3D Flash miały 24 warstwy.