Forstå forskjellen mellom ulike kvaliteter av SSD-brikker av NAND Flash SLC, MLC, TLC, QLC

Det fulle navnet på NAND Flash er Flash Memory, som tilhører en ikke-flyktig minneenhet (Non-volatile Memory Device).Den er basert på en flytende port-transistordesign, og ladninger låses gjennom den flytende porten.Siden den flytende porten er elektrisk isolert, blir elektroner som når porten fanget selv etter at spenningen er fjernet.Dette er begrunnelsen for flash-ikke-volatilitet.Data lagres i slike enheter og vil ikke gå tapt selv om strømmen er slått av.
I følge ulik nanoteknologi har NAND Flash opplevd overgangen fra SLC til MLC, og deretter til TLC, og beveger seg mot QLC.NAND Flash er mye brukt i eMMC/eMCP, U-disk, SSD, bil, Internet of Things og andre felt på grunn av sin store kapasitet og raske skrivehastighet.

SLC (engelsk fullt navn (Single-Level Cell – SLC) er en lagring på ett nivå
Karakteristisk for SLC-teknologien er at oksidfilmen mellom den flytende porten og kilden er tynnere.Når du skriver data, kan den lagrede ladningen elimineres ved å legge en spenning på ladningen til den flytende porten og deretter passere gjennom kilden., det vil si at kun to spenningsendringer på 0 og 1 kan lagre 1 informasjonsenhet, det vil si 1 bit/celle, som er preget av høy hastighet, lang levetid og sterk ytelse.Ulempen er at kapasiteten er lav og kostnadene høye.

MLC (engelsk fullt navn Multi-Level Cell – MLC) er en flerlagslagring
Intel (Intel) utviklet først MLC med suksess i september 1997. Dens funksjon er å lagre to informasjonsenheter i en flytende port (delen der ladningen er lagret i flashminnecellen), og deretter bruke ladningen til forskjellige potensialer (Level) ), Nøyaktig lesing og skriving gjennom spenningskontrollen som er lagret i minnet.
Det vil si, 2bit/celle, hver celleenhet lagrer 2bit informasjon, krever mer kompleks spenningskontroll, det er fire endringer på 00, 01, 10, 11, hastigheten er generelt gjennomsnittlig, levetiden er gjennomsnittlig, prisen er gjennomsnittlig, ca. 3000—10000 ganger med sletting og skriving. MLC fungerer ved å bruke et stort antall spenningsgrader, hver celle lagrer to biter med data, og datatettheten er relativt stor, og kan lagre mer enn 4 verdier om gangen.Derfor kan MLC-arkitekturen ha bedre lagringstetthet.

TLC (engelsk fullt navn Trinary-Level Cell) er en tre-lags lagring
TLC er 3bit per celle.Hver celleenhet lagrer 3bit informasjon, som kan lagre 1/2 mer data enn MLC.Det er 8 typer spenningsendringer fra 000 til 001, det vil si 3bit/celle.Det finnes også Flash-produsenter kalt 8LC.Den nødvendige tilgangstiden er lengre, så overføringshastigheten er langsommere.
Fordelen med TLC er at prisen er billig, produksjonskostnaden per megabyte er lavest, og prisen er billig, men levetiden er kort, bare ca 1000-3000 slette- og omskrivingslevetid, men de sterkt testede TLC-partiklene SSD kan brukes normalt i mer enn 5 år.

QLC (engelsk fullt navn Quadruple-Level Cell) firelags lagringsenhet
QLC kan også kalles 4bit MLC, en firelags lagringsenhet, det vil si 4bits/celle.Det er 16 endringer i spenning, men kapasiteten kan økes med 33 %, det vil si at skriveytelsen og slettelevetiden vil reduseres ytterligere sammenlignet med TLC.I den spesifikke ytelsestesten har Magnesium gjort eksperimenter.Når det gjelder lesehastighet, kan begge SATA-grensesnittene nå 540 MB/S.QLC presterer dårligere i skrivehastighet, fordi P/E-programmeringstiden er lengre enn MLC og TLC, hastigheten er langsommere, og den kontinuerlige skrivehastigheten er Fra 520MB/s til 360MB/s, den tilfeldige ytelsen falt fra 9500 IOPS til 5000 IOPS, et tap på nesten halvparten.

PS: Jo mer data som er lagret i hver celleenhet, jo høyere er kapasiteten per arealenhet, men samtidig fører det til en økning i forskjellige spenningstilstander, noe som er vanskeligere å kontrollere, så stabiliteten til NAND Flash-brikken blir dårligere, og levetiden blir kortere, hver med sine fordeler og ulemper.

(NAND Flash lese- og skriveliv er kun for referanse)
Det er ikke vanskelig å se at ytelsen til de fire typene NAND-flashminne er forskjellig.Kostnaden per enhetskapasitet for SLC er høyere enn for andre typer NAND-flashminnepartikler, men datalagringstiden er lengre og lesehastigheten er raskere;QLC har større kapasitet og lavere kostnader, men på grunn av sin lave pålitelighet og lang levetid mangler mangler og andre mangler fortsatt å utvikles videre.

Fra perspektivet til produksjonskostnad, lese- og skrivehastighet og levetid, er rangeringen av de fire kategoriene:
SLC>MLC>TLC>QLC;
De nåværende mainstream-løsningene er MLC og TLC.SLC er hovedsakelig rettet mot militære og bedriftsapplikasjoner, med høyhastighetsskriving, lav feilrate og lang holdbarhet.MLC er hovedsakelig rettet mot forbrukerapplikasjoner, kapasiteten er 2 ganger høyere enn SLC, lavkost, egnet for USB-flash-stasjoner, mobiltelefoner, digitale kameraer og andre minnekort, og er også mye brukt i forbrukerkvalitets SSD i dag .

NAND-flashminne kan deles inn i to kategorier: 2D-struktur og 3D-struktur i henhold til ulike romlige strukturer.Floating gate transistorer brukes hovedsakelig til 2D FLASH, mens 3D flash hovedsakelig bruker CT transistorer og flytende gate.Er en halvleder, er CT en isolator, de to er forskjellige i natur og prinsipp.Forskjellen er:

2D-struktur NAND Flash
2D-strukturen til minnecellene er kun arrangert i XY-planet til brikken, så den eneste måten å oppnå høyere tetthet i samme wafer ved å bruke 2D-blitsteknologi er å krympe prosessnoden.
Ulempen er at feil i NAND-flash er hyppigere for mindre noder;i tillegg er det en grense for den minste prosessnoden som kan brukes, og lagringstettheten er ikke høy.

3D-struktur NAND Flash
For å øke lagringstettheten har produsenter utviklet 3D NAND eller V-NAND (vertical NAND) teknologi, som stabler minneceller i Z-planet på samme wafer.

I 3D NAND-flash kobles minnecellene sammen som vertikale strenger i stedet for horisontale strenger i 2D NAND, og ​​å bygge på denne måten bidrar til å oppnå høy bittetthet for samme brikkeområde.De første 3D Flash-produktene hadde 24 lag.