Comprender a diferenza entre os diferentes graos de chips SSD de NAND Flash SLC, MLC, TLC, QLC

O nome completo de NAND Flash é Flash Memory, que pertence a un dispositivo de memoria non volátil (Non-volatile Memory Device).Baséase nun deseño de transistor de porta flotante, e as cargas enganchan a través da porta flotante.Dado que a porta flotante está illada eléctricamente, os electróns que chegan á porta quedan atrapados mesmo despois de que se elimine a tensión.Esta é a razón para a non volatilidade flash.Os datos almacénanse nestes dispositivos e non se perderán aínda que se apague a alimentación.
Segundo diferentes nanotecnoloxías, NAND Flash experimentou a transición de SLC a MLC, e despois a TLC, e está avanzando cara a QLC.NAND Flash úsase amplamente en eMMC/eMCP, disco U, SSD, automóbil, Internet das cousas e outros campos debido á súa gran capacidade e á súa rápida velocidade de escritura.

SLC (nome completo en inglés (Single-Level Cell – SLC) é un almacenamento dun só nivel
A característica da tecnoloxía SLC é que a película de óxido entre a porta flotante e a fonte é máis delgada.Ao escribir datos, a carga almacenada pódese eliminar aplicando unha tensión á carga da porta flotante e pasando despois pola fonte., é dicir, só dous cambios de tensión de 0 e 1 poden almacenar 1 unidade de información, é dicir, 1 bit/célula, que se caracteriza por unha velocidade rápida, longa vida útil e un forte rendemento.A desvantaxe é que a capacidade é baixa e o custo é alto.

MLC (nome completo en inglés Multi-Level Cell - MLC) é un almacenamento multicapa
Intel (Intel) desenvolveu MLC con éxito por primeira vez en setembro de 1997. A súa función é almacenar dúas unidades de información nunha Porta flotante (a parte onde se almacena a carga na cela de memoria flash), e despois usar a carga de diferentes potenciais (Nivel). ), Lectura e escritura precisas mediante o control de tensión almacenado na memoria.
É dicir, 2 bits/célula, cada unidade de cela almacena información de 2 bits, require un control de tensión máis complexo, hai catro cambios de 00, 01, 10, 11, a velocidade é xeralmente media, a vida útil é media, o prezo é medio, aproximadamente. 3000-10000 veces de vida de borrado e escritura. MLC funciona usando un gran número de graos de tensión, cada cela almacena dous bits de datos e a densidade de datos é relativamente grande e pode almacenar máis de 4 valores á vez.Polo tanto, a arquitectura MLC pode ter unha mellor densidade de almacenamento.

TLC (nome completo en inglés Trinary-Level Cell) é un almacenamento de tres niveis
TLC é de 3 bits por cela.Cada unidade celular almacena información de 3 bits, que pode almacenar 1/2 máis datos que MLC.Hai 8 tipos de cambios de voltaxe de 000 a 001, é dicir, 3 bits/célula.Tamén hai fabricantes de Flash chamados 8LC.O tempo de acceso necesario é máis longo, polo que a velocidade de transferencia é máis lenta.
A vantaxe de TLC é que o prezo é barato, o custo de produción por megabyte é o máis baixo e o prezo é barato, pero a vida útil é curta, só uns 1000-3000 vida útil de borrado e reescritura, pero o SSD de partículas TLC moi probado pode utilizarse normalmente durante máis de 5 anos.

Unidade de almacenamento de catro capas QLC (nome completo en inglés Quadruple-Level Cell).
QLC tamén se pode chamar 4bit MLC, unha unidade de almacenamento de catro capas, é dicir, 4bits/cell.Hai 16 cambios na tensión, pero a capacidade pódese aumentar nun 33%, é dicir, o rendemento de escritura e a vida útil do borrado reduciranse aínda máis en comparación co TLC.Na proba de rendemento específica, Magnesium fixo experimentos.En termos de velocidade de lectura, ambas as interfaces SATA poden alcanzar os 540 MB/S.QLC funciona peor na velocidade de escritura, porque o seu tempo de programación P/E é máis longo que MLC e TLC, a velocidade é máis lenta e a velocidade de escritura continua é de 520 MB/s a 360 MB/s, o rendemento aleatorio baixou de 9500 IOPS a 5000. IOPS, unha perda de case a metade.

PS: Cantos máis datos se almacenan en cada unidade de cela, maior será a capacidade por unidade de área, pero ao mesmo tempo, leva a un aumento dos diferentes estados de tensión, o que é máis difícil de controlar, polo que a estabilidade do chip NAND Flash. empeora e a vida útil faise máis curta, cada un coas súas propias vantaxes e desvantaxes.

(A vida de lectura e escritura de NAND Flash é só para referencia)
Non é difícil ver que o rendemento dos catro tipos de memoria flash NAND é diferente.O custo por unidade de capacidade do SLC é maior que o doutros tipos de partículas de memoria flash NAND, pero o seu tempo de retención de datos é máis longo e a velocidade de lectura é máis rápida;QLC ten maior capacidade e menor custo, pero debido á súa baixa fiabilidade e lonxevidade, aínda hai que desenvolver deficiencias e outras deficiencias.

Desde a perspectiva do custo de produción, velocidade de lectura e escritura e vida útil, a clasificación das catro categorías é:
SLC>MLC>TLC>QLC;
As solucións principais actuais son MLC e TLC.SLC está dirixido principalmente a aplicacións militares e empresariais, cunha escritura de alta velocidade, baixa taxa de erros e longa durabilidade.O MLC está dirixido principalmente a aplicacións de calidade para o consumidor, a súa capacidade é 2 veces superior á SLC, de baixo custo, apta para unidades flash USB, teléfonos móbiles, cámaras dixitais e outras tarxetas de memoria, e tamén se usa amplamente en SSD de consumo. .

A memoria flash NAND pódese dividir en dúas categorías: estrutura 2D e estrutura 3D segundo diferentes estruturas espaciais.Os transistores de porta flotante úsanse principalmente para FLASH 2D, mentres que o flash 3D usa principalmente transistores CT e porta flotante.É un semicondutor, CT é un illante, os dous son diferentes en natureza e principio.A diferenza é:

Estrutura 2D NAND Flash
A estrutura 2D das celas de memoria só está disposta no plano XY do chip, polo que o único xeito de conseguir unha maior densidade na mesma oblea mediante a tecnoloxía flash 2D é reducir o nodo do proceso.
A desvantaxe é que os erros no flash NAND son máis frecuentes para nós máis pequenos;ademais, hai un límite para o nodo de proceso máis pequeno que se pode usar e a densidade de almacenamento non é alta.

Estrutura 3D NAND Flash
Para aumentar a densidade de almacenamento, os fabricantes desenvolveron tecnoloxía 3D NAND ou V-NAND (NAND vertical), que apila células de memoria no plano Z na mesma oblea.

No flash NAND 3D, as celas de memoria están conectadas como cadeas verticais en lugar de cadeas horizontais en NAND 2D, e a construción deste xeito axuda a conseguir unha alta densidade de bits para a mesma área de chip.Os primeiros produtos Flash 3D tiñan 24 capas.