Разберете разликата между различните степени на SSD чипове на NAND Flash SLC, MLC, TLC, QLC

Пълното име на NAND Flash е Flash Memory, което принадлежи към устройство с енергонезависима памет (Non-volatile Memory Device).Той се основава на дизайн на транзистор с плаваща порта и зарядите се заключват през плаващата порта.Тъй като плаващият гейт е електрически изолиран, електроните, достигащи до гейта, се улавят дори след премахване на напрежението.Това е обосновката за флаш неволатилност.Данните се съхраняват в такива устройства и няма да бъдат загубени дори ако захранването бъде изключено.
Според различни нанотехнологии, NAND Flash е претърпял прехода от SLC към MLC, а след това към TLC, и се движи към QLC.NAND Flash се използва широко в eMMC/eMCP, U дискове, SSD, автомобили, Интернет на нещата и други области поради големия си капацитет и бързата скорост на запис.

SLC (английско пълно име (Single-Level Cell – SLC) е хранилище на едно ниво
Характеристиката на SLC технологията е, че оксидният филм между плаващия гейт и източника е по-тънък.Когато записвате данни, съхраненият заряд може да бъде елиминиран чрез прилагане на напрежение към заряда на плаващия порт и след това преминаване през източника., тоест само две промени на напрежението от 0 и 1 могат да съхранят 1 информационна единица, тоест 1 бит/клетка, която се характеризира с висока скорост, дълъг живот и висока производителност.Недостатъкът е, че капацитетът е нисък и цената е висока.

MLC (английско пълно име Multi-Level Cell – MLC) е многослойно хранилище
Intel (Intel) за първи път успешно разработи MLC през септември 1997 г. Неговата функция е да съхранява две единици информация във Floating Gate (частта, където зарядът се съхранява в клетката на флаш паметта) и след това да използва заряда на различни потенциали (Ниво ), Точно четене и запис чрез контрол на напрежението, съхранен в паметта.
Тоест 2 бита/клетка, всяка клетъчна единица съхранява 2 бита информация, изисква по-сложен контрол на напрежението, има четири промени от 00, 01, 10, 11, скоростта е като цяло средна, животът е среден, цената е средна, около 3000—10000 пъти живот на изтриване и писане.MLC работи, като използва голям брой нива на напрежение, всяка клетка съхранява два бита данни, а плътността на данните е сравнително голяма и може да съхранява повече от 4 стойности наведнъж.Следователно MLC архитектурата може да има по-добра плътност на съхранение.

TLC (английско пълно име Trinary-Level Cell) е тристепенно хранилище
TLC е 3 бита на клетка.Всяка клетъчна единица съхранява 3-битова информация, която може да съхранява 1/2 повече данни от MLC.Има 8 вида промени на напрежението от 000 до 001, тоест 3 бита/клетка.Има и производители на Flash, наречени 8LC.Необходимото време за достъп е по-дълго, така че скоростта на трансфер е по-бавна.
Предимството на TLC е, че цената е евтина, производствената цена на мегабайт е най-ниската и цената е евтина, но животът е кратък, само около 1000-3000 живот на изтриване и презаписване, но силно тестваният SSD с частици TLC може да се използва нормално повече от 5 години.

QLC (английско пълно наименование Quadruple-Level Cell) четирислойна памет
QLC може също да се нарече 4bit MLC, четирислойна единица за съхранение, тоест 4bits/cell.Има 16 промени в напрежението, но капацитетът може да бъде увеличен с 33%, т.е. производителността на запис и животът на изтриване ще бъдат допълнително намалени в сравнение с TLC.В конкретния тест за ефективност Magnesium е провел експерименти.По отношение на скоростта на четене и двата SATA интерфейса могат да достигнат 540MB/S.QLC се представя по-лошо по отношение на скоростта на запис, тъй като времето за програмиране на P/E е по-дълго от MLC и TLC, скоростта е по-бавна и скоростта на непрекъснат запис е От 520MB/s до 360MB/s, произволната производителност спадна от 9500 IOPS на 5000 IOPS, загуба от почти половината.

PS: Колкото повече данни се съхраняват във всяка клетъчна единица, толкова по-висок е капацитетът на единица площ, но в същото време това води до увеличаване на различните състояния на напрежение, което е по-трудно за контролиране, така че стабилността на NAND Flash чипа става по-лошо и експлоатационният живот става по-кратък, всеки със своите предимства и недостатъци.

(Животът за четене и запис на NAND Flash е само за справка)
Не е трудно да се види, че производителността на четирите типа NAND флаш памет е различна.Цената на единица капацитет на SLC е по-висока от тази на други видове частици NAND флаш памет, но времето за задържане на данни е по-дълго и скоростта на четене е по-бърза;QLC има по-голям капацитет и по-ниска цена, но поради ниската си надеждност и дълготрайност Недостатъците и други недостатъци все още трябва да бъдат допълнително разработени.

От гледна точка на производствените разходи, скоростта на четене и запис и експлоатационния живот, класирането на четирите категории е:
SLC>MLC>TLC>QLC;
Настоящите основни решения са MLC и TLC.SLC е насочен главно към военни и корпоративни приложения, с високоскоростно писане, нисък процент грешки и дълга издръжливост.MLC е насочен главно към приложения от потребителски клас, капацитетът му е 2 пъти по-висок от SLC, евтин, подходящ за USB флаш устройства, мобилни телефони, цифрови фотоапарати и други карти с памет, а също така се използва широко в потребителски клас SSD днес .

NAND флаш паметта може да бъде разделена на две категории: 2D структура и 3D структура според различните пространствени структури.Транзисторите с плаващ гейт се използват главно за 2D FLASH, докато 3D флаш използва главно CT транзистори и плаващ гейт.Е полупроводник, CT е изолатор, двете са различни по природа и принцип.Разликата е:

2D структура NAND Flash
2D структурата на клетките на паметта е подредена само в равнината XY на чипа, така че единственият начин да се постигне по-висока плътност в една и съща пластина с помощта на 2D флаш технология е да се свие процесният възел.
Недостатъкът е, че грешките в NAND флаш са по-чести за по-малки възли;освен това има ограничение за най-малкия процесен възел, който може да се използва, и плътността на съхранението не е висока.

3D структура NAND Flash
За да увеличат плътността на съхранение, производителите са разработили 3D NAND или V-NAND (вертикален NAND) технология, която подрежда клетките на паметта в Z-равнината на една и съща пластина.

В 3D NAND флаш клетките на паметта са свързани като вертикални низове, а не като хоризонтални низове в 2D NAND и изграждането по този начин помага за постигане на висока плътност на битовете за една и съща площ на чипа.Първите 3D Flash продукти имаха 24 слоя.