Förstå skillnaden mellan olika kvaliteter av SSD-chips av NAND Flash SLC, MLC, TLC, QLC

Det fullständiga namnet på NAND Flash är Flash Memory, som tillhör en icke-flyktig minnesenhet (Non-volatile Memory Device).Den är baserad på en flytande grindtransistordesign, och laddningar låses genom den flytande grinden.Eftersom den flytande grinden är elektriskt isolerad, så fångas elektroner som når grinden även efter att spänningen har tagits bort.Detta är skälet till flash-icke-volatilitet.Data lagras i sådana enheter och kommer inte att gå förlorade även om strömmen stängs av.
Enligt olika nanoteknologier har NAND Flash upplevt övergången från SLC till MLC, och sedan till TLC, och går mot QLC.NAND Flash används ofta i eMMC/eMCP, U-disk, SSD, bil, Internet of Things och andra områden på grund av dess stora kapacitet och snabba skrivhastighet.

SLC (engelsk fullständigt namn (Single-Level Cell – SLC) är en ennivålagring
Kännetecknande för SLC-teknik är att oxidfilmen mellan den flytande grinden och källan är tunnare.Vid skrivning av data kan den lagrade laddningen elimineras genom att lägga en spänning på laddningen av den flytande grinden och sedan passera genom källan., det vill säga endast två spänningsändringar på 0 och 1 kan lagra 1 informationsenhet, det vill säga 1 bit/cell, vilket kännetecknas av snabb hastighet, lång livslängd och stark prestanda.Nackdelen är att kapaciteten är låg och kostnaden hög.

MLC (engelska fullständiga namnet Multi-Level Cell – MLC) är en flerskiktslagring
Intel (Intel) utvecklade först framgångsrikt MLC i september 1997. Dess funktion är att lagra två enheter information i en Floating Gate (den del där laddningen lagras i flashminnescellen) och sedan använda laddningen av olika potentialer (Level) ), Exakt läsning och skrivning genom spänningskontrollen lagrad i minnet.
Det vill säga, 2bit/cell, varje cellenhet lagrar 2bitars information, kräver mer komplex spänningskontroll, det finns fyra förändringar på 00, 01, 10, 11, hastigheten är generellt genomsnittlig, livslängden är genomsnittlig, priset är genomsnittligt, ca. 3000—10000 gånger av radering och skrivlivslängd.MLC fungerar genom att använda ett stort antal spänningsgrader, varje cell lagrar två databitar och datatätheten är relativt stor och kan lagra mer än 4 värden åt gången.Därför kan MLC-arkitekturen ha bättre lagringstäthet.

TLC (engelska fullständiga namnet Trinary-Level Cell) är en lagring i tre nivåer
TLC är 3 bitar per cell.Varje cellenhet lagrar 3bit information, som kan lagra 1/2 mer data än MLC.Det finns 8 typer av spänningsförändringar från 000 till 001, det vill säga 3bit/cell.Det finns även Flash-tillverkare som heter 8LC.Den nödvändiga åtkomsttiden längre, så överföringshastigheten är långsammare.
Fördelen med TLC är att priset är billigt, produktionskostnaden per megabyte är lägst, och priset är billigt, men livslängden är kort, bara cirka 1000-3000 radering och omskrivning, men de hårt testade TLC-partiklarna SSD kan användas normalt i mer än 5 år.

QLC (engelsk fullständigt namn Quadruple-Level Cell) lagringsenhet i fyra lager
QLC kan också kallas 4bit MLC, en fyrlagers lagringsenhet, det vill säga 4bitar/cell.Det finns 16 förändringar i spänningen, men kapaciteten kan ökas med 33%, det vill säga skrivprestandan och raderingstiden kommer att minska ytterligare jämfört med TLC.I det specifika prestandatestet har Magnesium gjort experiment.När det gäller läshastighet kan båda SATA-gränssnitten nå 540MB/S.QLC presterar sämre i skrivhastighet, eftersom dess P/E-programmeringstid är längre än MLC och TLC, hastigheten är långsammare och den kontinuerliga skrivhastigheten är Från 520MB/s till 360MB/s, den slumpmässiga prestandan sjönk från 9500 IOPS till 5000 IOPS, en förlust på nästan hälften.

PS: Ju mer data som lagras i varje cellenhet, desto högre kapacitet per ytenhet, men samtidigt leder det till en ökning av olika spänningstillstånd, vilket är svårare att kontrollera, så stabiliteten hos NAND Flash-chippet blir sämre, och livslängden blir kortare, var och en med sina egna för- och nackdelar.

(NAND Flash läs- och skrivliv är endast för referens)
Det är inte svårt att se att prestandan för de fyra typerna av NAND-flashminnen är olika.Kostnaden per enhetskapacitet för SLC är högre än för andra typer av NAND-flashminnespartiklar, men dess datalagringstid är längre och läshastigheten är snabbare;QLC har större kapacitet och lägre kostnad, men på grund av sin låga tillförlitlighet och livslängd behöver brister och andra brister fortfarande utvecklas ytterligare.

Ur produktionskostnadsperspektiv, läs- och skrivhastighet och livslängd är rangordningen av de fyra kategorierna:
SLC>MLC>TLC>QLC;
De nuvarande vanliga lösningarna är MLC och TLC.SLC är främst inriktat på militära och företagsapplikationer, med höghastighetsskrivning, låg felfrekvens och lång hållbarhet.MLC är främst inriktat på applikationer av konsumentklass, dess kapacitet är 2 gånger högre än SLC, låg kostnad, lämplig för USB-minnen, mobiltelefoner, digitalkameror och andra minneskort, och används också i stor utsträckning i konsumentklassade SSD idag .

NAND-flashminne kan delas in i två kategorier: 2D-struktur och 3D-struktur enligt olika rumsliga strukturer.Floating gate transistorer används främst för 2D FLASH, medan 3D flash huvudsakligen använder CT transistorer och flytande gate.Är en halvledare, CT är en isolator, de två är olika till natur och princip.Skillnaden är:

2D-struktur NAND Flash
Minnescellernas 2D-struktur är endast anordnad i chipets XY-plan, så det enda sättet att uppnå högre densitet i samma wafer med 2D-blixtteknik är att krympa processnoden.
Nackdelen är att fel i NAND-flash är vanligare för mindre noder;dessutom finns det en gräns för den minsta processnod som kan användas, och lagringstätheten är inte hög.

3D-struktur NAND Flash
För att öka lagringstätheten har tillverkare utvecklat 3D NAND eller V-NAND (vertical NAND) teknologi, som staplar minnesceller i Z-planet på samma wafer.

I 3D NAND-flash är minnescellerna anslutna som vertikala strängar snarare än horisontella strängar i 2D NAND, och att bygga på detta sätt hjälper till att uppnå hög bitdensitet för samma chiparea.De första 3D Flash-produkterna hade 24 lager.