Pochopte rozdíl mezi různými třídami čipů SSD NAND Flash SLC, MLC, TLC, QLC

Celý název NAND Flash je Flash Memory, která patří mezi energeticky nezávislé paměťové zařízení (Non-volatile Memory Device).Je založen na konstrukci tranzistoru s plovoucím hradlem a náboje jsou blokovány plovoucím hradlem.Vzhledem k tomu, že plovoucí hradlo je elektricky izolováno, elektrony dopadající na hradlo jsou zachyceny i po odpojení napětí.To je důvod pro nevolatilitu blesku.Data jsou v takových zařízeních uložena a nebudou ztracena ani po vypnutí napájení.
Podle různých nanotechnologií NAND Flash zažil přechod z SLC na MLC a poté na TLC a směřuje k QLC.NAND Flash je široce používán v eMMC/eMCP, U disku, SSD, automobilech, internetu věcí a dalších oblastech díky své velké kapacitě a vysoké rychlosti zápisu.

SLC (anglický celý název (Single-Level Cell – SLC) je jednoúrovňové úložiště
Charakteristickým rysem technologie SLC je, že oxidový film mezi plovoucím hradlem a zdrojem je tenčí.Při zápisu dat lze uložený náboj eliminovat přivedením napětí na náboj plovoucího hradla a následným průchodem přes zdroj., tedy pouze dvě změny napětí 0 a 1 mohou uložit 1 informační jednotku, tedy 1 bit/buňku, která se vyznačuje vysokou rychlostí, dlouhou životností a silným výkonem.Nevýhodou je nízká kapacita a vysoké náklady.

MLC (celý anglický název Multi-Level Cell – MLC) je vícevrstvé úložiště
Intel (Intel) poprvé úspěšně vyvinul MLC v září 1997. Jeho funkcí je uložit dvě jednotky informací do Floating Gate (část, kde je náboj uložen ve flash paměťové buňce), a poté použít náboj různých potenciálů (Level ), Přesné čtení a zápis pomocí řízení napětí uloženého v paměti.
To znamená, 2bit/buňku, každá buňka ukládá 2bitové informace, vyžaduje složitější řízení napětí, existují čtyři změny 00, 01, 10, 11, rychlost je obecně průměrná, životnost je průměrná, cena je průměrná, asi Životnost mazání a zápisu 3000-10000krát. MLC pracuje s použitím velkého počtu napěťových stupňů, každá buňka ukládá dva bity dat a hustota dat je relativně velká a může uložit více než 4 hodnoty najednou.Proto může mít architektura MLC lepší hustotu úložiště.

TLC (anglický celý název Trinary-Level Cell) je třívrstvé úložiště
TLC je 3bit na buňku.Každá buněčná jednotka ukládá 3bitové informace, které mohou uložit o 1/2 více dat než MLC.Existuje 8 druhů změn napětí od 000 do 001, tedy 3bit/článek.Existují také výrobci Flash s názvem 8LC.Požadovaná doba přístupu je delší, takže přenosová rychlost je nižší.
Výhodou TLC je, že cena je levná, výrobní náklady na megabajt jsou nejnižší a cena je levná, ale životnost je krátká, životnost pouze asi 1000-3000 mazání a přepisování, ale těžce testované částice TLC SSD umí běžně používat déle než 5 let.

Čtyřvrstvá úložná jednotka QLC (celý anglický název Quadruple-Level Cell).
QLC lze také nazvat 4bit MLC, čtyřvrstvá úložná jednotka, tedy 4 bity/buňku.Došlo k 16 změnám napětí, ale kapacitu lze zvýšit o 33 %, to znamená, že výkon zápisu a životnost mazání se ve srovnání s TLC dále sníží.Ve specifickém testu výkonu provedl Magnesium experimenty.Pokud jde o rychlost čtení, obě rozhraní SATA mohou dosáhnout 540 MB/S.QLC má horší výkon v rychlosti zápisu, protože jeho programovací čas P/E je delší než u MLC a TLC, rychlost je nižší a rychlost nepřetržitého zápisu je Od 520 MB/s do 360 MB/s, náhodný výkon klesl z 9500 IOPS na 5000 IOPS, ztráta téměř poloviční.

PS: Čím více dat je uloženo v každé jednotce Cell, tím vyšší je kapacita na jednotku plochy, ale zároveň to vede k nárůstu různých napěťových stavů, což je obtížnější kontrolovat, takže stabilita čipu NAND Flash se zhoršuje a životnost se zkracuje, každý má své výhody a nevýhody.

(Životnost čtení a zápisu NAND Flash je pouze orientační)
Není těžké vidět, že výkon čtyř typů NAND flash pamětí je odlišný.Náklady na jednotku kapacity SLC jsou vyšší než u jiných typů částic NAND flash paměti, ale doba uchování dat je delší a rychlost čtení je vyšší;QLC má větší kapacitu a nižší cenu, ale vzhledem k nízké spolehlivosti a dlouhé životnosti je stále potřeba dále rozvíjet nedostatky a další nedostatky.

Z hlediska výrobních nákladů, rychlosti čtení a zápisu a životnosti je pořadí čtyř kategorií:
SLC>MLC>TLC>QLC;
Současná mainstreamová řešení jsou MLC a TLC.SLC je zaměřeno především na vojenské a podnikové aplikace s vysokou rychlostí zápisu, nízkou chybovostí a dlouhou životností.MLC je zaměřeno hlavně na aplikace pro spotřebitele, jeho kapacita je 2krát vyšší než u SLC, nízkonákladová, vhodná pro USB flash disky, mobilní telefony, digitální fotoaparáty a další paměťové karty a dnes je také široce používána v spotřebitelských SSD .

NAND flash paměti lze rozdělit do dvou kategorií: 2D struktura a 3D struktura podle různých prostorových struktur.Tranzistory s plovoucím hradlem se používají hlavně pro 2D FLASH, zatímco 3D blesk používá hlavně tranzistory CT a plovoucí hradlo.Je polovodič, CT je izolant, oba se liší povahou a principem.Rozdíl je:

2D struktura NAND Flash
2D struktura paměťových buněk je uspořádána pouze v rovině XY čipu, takže jediným způsobem, jak dosáhnout vyšší hustoty ve stejném waferu pomocí technologie 2D flash, je zmenšit procesní uzel.
Nevýhodou je, že chyby v NAND flash jsou častější u menších uzlů;kromě toho existuje omezení na nejmenší procesní uzel, který lze použít, a hustota ukládání není vysoká.

3D struktura NAND Flash
Pro zvýšení hustoty úložiště vyvinuli výrobci technologii 3D NAND nebo V-NAND (vertikální NAND), která naskládá paměťové buňky v rovině Z na stejný wafer.

V 3D NAND flash jsou paměťové buňky propojeny jako vertikální řetězce spíše než horizontální řetězce v 2D NAND a sestavení tímto způsobem pomáhá dosáhnout vysoké bitové hustoty pro stejnou oblast čipu.První 3D Flash produkty měly 24 vrstev.