Înțelegeți diferența dintre diferitele clase de cipuri SSD ale NAND Flash SLC, MLC, TLC, QLC

Numele complet al NAND Flash este Flash Memory, care aparține unui dispozitiv de memorie nevolatilă (Non-volatile Memory Device).Se bazează pe un design de tranzistor cu poartă plutitoare, iar sarcinile sunt blocate prin poarta plutitoare.Deoarece poarta plutitoare este izolată electric, electronii care ajung la poartă sunt prinși chiar și după ce tensiunea este îndepărtată.Acesta este motivul pentru nonvolatilitatea flash.Datele sunt stocate în astfel de dispozitive și nu se vor pierde chiar dacă alimentarea este oprită.
Conform diferitelor nanotehnologii, NAND Flash a experimentat tranziția de la SLC la MLC și apoi la TLC și se îndreaptă către QLC.NAND Flash este utilizat pe scară largă în eMMC/eMCP, U disk, SSD, automobile, Internet of Things și alte domenii datorită capacității sale mari și vitezei rapide de scriere.

SLC (numele complet în engleză (Single-Level Cell – SLC) este o stocare cu un singur nivel
Caracteristica tehnologiei SLC este că pelicula de oxid dintre poarta plutitoare și sursă este mai subțire.La scrierea datelor, sarcina stocată poate fi eliminată prin aplicarea unei tensiuni la sarcina porții plutitoare și apoi trecerea prin sursă., adică doar două schimbări de tensiune de 0 și 1 pot stoca 1 unitate de informație, adică 1 bit/celulă, care se caracterizează prin viteză rapidă, viață lungă și performanță puternică.Dezavantajul este că capacitatea este mică și costul este ridicat.

MLC (nume complet în engleză Multi-Level Cell – MLC) este o stocare cu mai multe straturi
Intel (Intel) a dezvoltat cu succes MLC pentru prima dată în septembrie 1997. Funcția sa este de a stoca două unități de informații într-o Poartă plutitoare (partea în care încărcarea este stocată în celula de memorie flash) și apoi de a utiliza încărcarea diferitelor potențiale (Nivel). ), Citire și scriere precisă prin controlul tensiunii stocat în memorie.
Adică 2 biți/celulă, fiecare unitate celulară stochează informații de 2 biți, necesită un control mai complex al tensiunii, există patru modificări de 00, 01, 10, 11, viteza este în general medie, durata de viață este medie, prețul este mediu, aproximativ 3000—10000 de ori de ștergere și scriere de viață. MLC funcționează folosind un număr mare de grad de tensiune, fiecare celulă stochează doi biți de date, iar densitatea datelor este relativ mare și poate stoca mai mult de 4 valori la un moment dat.Prin urmare, arhitectura MLC poate avea o densitate de stocare mai bună.

TLC (nume complet în engleză Trinary-Level Cell) este o stocare cu trei niveluri
TLC este de 3 biți pe celulă.Fiecare unitate celulară stochează informații pe 3 biți, care pot stoca cu 1/2 mai multe date decât MLC.Există 8 tipuri de modificări de tensiune de la 000 la 001, adică 3 biți/celulă.Există și producători de Flash numiți 8LC.Timpul de acces necesar este mai lung, astfel încât viteza de transfer este mai mică.
Avantajul TLC este că prețul este ieftin, costul de producție pe megaoctet este cel mai mic, iar prețul este ieftin, dar durata de viață este scurtă, doar aproximativ 1000-3000 de ștergere și rescriere, dar SSD-ul de particule TLC foarte testat poate să fie utilizat în mod normal mai mult de 5 ani.

Unitate de stocare cu patru straturi QLC (nume complet în engleză Quadruple-Level Cell).
QLC poate fi numit și 4bit MLC, o unitate de stocare cu patru straturi, adică 4biți/celulă.Există 16 modificări ale tensiunii, dar capacitatea poate fi mărită cu 33%, adică performanța de scriere și durata de ștergere vor fi reduse și mai mult în comparație cu TLC.În testul specific de performanță, Magnesium a făcut experimente.În ceea ce privește viteza de citire, ambele interfețe SATA pot atinge 540MB/S.QLC are performanțe mai slabe la viteza de scriere, deoarece timpul său de programare P/E este mai lung decât MLC și TLC, viteza este mai mică, iar viteza de scriere continuă este de la 520MB/s la 360MB/s, performanța aleatorie a scăzut de la 9500 IOPS la 5000. IOPS, o pierdere de aproape jumătate.

PS: Cu cât sunt mai multe date stocate în fiecare unitate Cell, cu atât este mai mare capacitatea pe unitate de suprafață, dar în același timp, duce la o creștere a diferitelor stări de tensiune, ceea ce este mai dificil de controlat, astfel încât stabilitatea chipului NAND Flash devine mai rău, iar durata de viață devine mai scurtă, fiecare având propriile avantaje și dezavantaje.

(Viața de citire și scriere NAND Flash este doar pentru referință)
Nu este greu de observat că performanța celor patru tipuri de memorie flash NAND este diferită.Costul pe unitate de capacitate al SLC este mai mare decât cel al altor tipuri de particule de memorie flash NAND, dar timpul de reținere a datelor este mai lung și viteza de citire este mai rapidă;QLC are o capacitate mai mare și un cost mai mic, dar datorită fiabilității și longevității sale scăzute Deficiențele și alte neajunsuri trebuie încă dezvoltate în continuare.

Din perspectiva costului de producție, a vitezei de citire și scriere și a duratei de viață, clasamentul celor patru categorii este:
SLC>MLC>TLC>QLC;
Soluțiile curente principale sunt MLC și TLC.SLC este destinat în principal aplicațiilor militare și de întreprindere, cu scriere de mare viteză, rată scăzută de eroare și durabilitate lungă.MLC este destinat în principal aplicațiilor de calitate pentru consumatori, capacitatea sa este de 2 ori mai mare decât SLC, cu costuri reduse, potrivită pentru unități flash USB, telefoane mobile, camere digitale și alte carduri de memorie și este, de asemenea, utilizat pe scară largă în SSD-uri de consum. .

Memoria flash NAND poate fi împărțită în două categorii: structură 2D și structură 3D în funcție de diferite structuri spațiale.Tranzistoarele cu poartă flotantă sunt utilizate în principal pentru FLASH 2D, în timp ce flash-ul 3D utilizează în principal tranzistori CT și poartă flotantă.Este un semiconductor, CT este un izolator, cele două sunt diferite ca natură și principiu.Diferența este:

Structura 2D NAND Flash
Structura 2D a celulelor de memorie este aranjată doar în planul XY al cipului, astfel încât singura modalitate de a obține o densitate mai mare în aceeași placă folosind tehnologia flash 2D este de a micșora nodul de proces.
Dezavantajul este că erorile în flash NAND sunt mai frecvente pentru nodurile mai mici;în plus, există o limită pentru cel mai mic nod de proces care poate fi utilizat, iar densitatea de stocare nu este mare.

Structura 3D NAND Flash
Pentru a crește densitatea de stocare, producătorii au dezvoltat tehnologia 3D NAND sau V-NAND (NAND verticală), care stivuiește celulele de memorie în planul Z pe același wafer.

În flash-ul 3D NAND, celulele de memorie sunt conectate ca șiruri verticale, mai degrabă decât șiruri orizontale, în NAND 2D, iar construirea în acest fel ajută la obținerea unei densități mari de biți pentru aceeași zonă de cip.Primele produse 3D Flash au avut 24 de straturi.