Forstå forskellen mellem forskellige kvaliteter af SSD-chips af NAND Flash SLC, MLC, TLC, QLC

Det fulde navn på NAND Flash er Flash Memory, som tilhører en ikke-flygtig hukommelsesenhed (Non-volatile Memory Device).Den er baseret på et flydende gate-transistordesign, og ladninger låses gennem den flydende gate.Da den flydende gate er elektrisk isoleret, så er elektroner, der når gate, fanget, selv efter at spændingen er fjernet.Dette er begrundelsen for flash-ikke-volatilitet.Data gemmes i sådanne enheder og vil ikke gå tabt, selvom strømmen er slukket.
Ifølge forskellig nanoteknologi har NAND Flash oplevet overgangen fra SLC til MLC og derefter til TLC, og bevæger sig mod QLC.NAND Flash er meget udbredt i eMMC/eMCP, U disk, SSD, bil, Internet of Things og andre områder på grund af dens store kapacitet og hurtige skrivehastighed.

SLC (engelsk fulde navn (Single-Level Cell – SLC) er et lager på et niveau
Det karakteristiske ved SLC-teknologi er, at oxidfilmen mellem den flydende gate og kilden er tyndere.Når du skriver data, kan den lagrede ladning elimineres ved at påføre en spænding til ladningen af ​​den flydende gate og derefter passere gennem kilden., det vil sige, at kun to spændingsændringer på 0 og 1 kan lagre 1 informationsenhed, det vil sige 1 bit/celle, som er karakteriseret ved høj hastighed, lang levetid og stærk ydeevne.Ulempen er, at kapaciteten er lav og omkostningerne høje.

MLC (engelsk fulde navn Multi-Level Cell – MLC) er et multi-lag lager
Intel (Intel) udviklede første gang MLC med succes i september 1997. Dens funktion er at lagre to informationsenheder i en flydende port (den del, hvor ladningen er lagret i flashhukommelsescellen), og derefter bruge ladningen af ​​forskellige potentialer (niveau ), Nøjagtig læsning og skrivning gennem spændingskontrollen gemt i hukommelsen.
Det vil sige, 2bit/celle, hver celleenhed gemmer 2bit information, kræver mere kompleks spændingsstyring, der er fire ændringer på 00, 01, 10, 11, hastigheden er generelt gennemsnitlig, levetiden er gennemsnitlig, prisen er gennemsnitlig, ca. 3000—10000 gange med sletning og skrivning. MLC fungerer ved at bruge et stort antal spændingsgrader, hver celle gemmer to bits data, og datatætheden er relativt stor og kan gemme mere end 4 værdier ad gangen.Derfor kan MLC-arkitekturen have bedre lagertæthed.

TLC (engelsk fulde navn Trinary-Level Cell) er et lager i tre niveauer
TLC er 3bit pr. celle.Hver celleenhed gemmer 3bit information, som kan lagre 1/2 flere data end MLC.Der er 8 slags spændingsændringer fra 000 til 001, det vil sige 3bit/celle.Der er også Flash-producenter kaldet 8LC.Den nødvendige adgangstid længere, så overførselshastigheden er langsommere.
Fordelen ved TLC er, at prisen er billig, produktionsomkostningerne pr. megabyte er lavest, og prisen er billig, men levetiden er kort, kun omkring 1000-3000 slette- og omskrivningslevetid, men de stærkt testede TLC-partikler SSD kan bruges normalt i mere end 5 år.

QLC (engelsk fulde navn Quadruple-Level Cell) firelags lagerenhed
QLC kan også kaldes 4bit MLC, en firelags lagerenhed, det vil sige 4bit/celle.Der er 16 ændringer i spændingen, men kapaciteten kan øges med 33%, det vil sige, at skriveydelsen og slettelevetiden reduceres yderligere sammenlignet med TLC.I den specifikke præstationstest har Magnesium lavet eksperimenter.Med hensyn til læsehastighed kan begge SATA-grænseflader nå op på 540MB/S.QLC klarer sig dårligere i skrivehastighed, fordi dens P/E-programmeringstid er længere end MLC og TLC, hastigheden er langsommere, og den kontinuerlige skrivehastighed er Fra 520MB/s til 360MB/s, den tilfældige ydeevne faldt fra 9500 IOPS til 5000 IOPS, et tab på næsten halvdelen.

PS: Jo flere data der er gemt i hver celleenhed, jo højere er kapaciteten pr. arealenhed, men det fører samtidig til en stigning i forskellige spændingstilstande, hvilket er sværere at kontrollere, så stabiliteten af ​​NAND Flash-chippen bliver værre, og levetiden bliver kortere med hver deres fordele og ulemper.

(NAND Flash læse- og skriveliv er kun til reference)
Det er ikke svært at se, at ydeevnen af ​​de fire typer NAND-flashhukommelse er forskellig.Prisen pr. enhedskapacitet for SLC er højere end for andre typer NAND-flashhukommelsespartikler, men dens dataopbevaringstid er længere, og læsehastigheden er hurtigere;QLC har større kapacitet og lavere omkostninger, men på grund af dens lave pålidelighed og lang levetid mangler mangler og andre mangler stadig at blive videreudviklet.

Ud fra produktionsomkostninger, læse- og skrivehastighed og levetid er rangeringen af ​​de fire kategorier:
SLC>MLC>TLC>QLC;
De nuværende mainstream-løsninger er MLC og TLC.SLC er hovedsageligt rettet mod militær- og virksomhedsapplikationer med højhastighedsskrivning, lav fejlrate og lang holdbarhed.MLC er hovedsageligt rettet mod applikationer i forbrugerkvalitet, dens kapacitet er 2 gange højere end SLC, lavpris, velegnet til USB-flashdrev, mobiltelefoner, digitale kameraer og andre hukommelseskort, og er også meget udbredt i forbrugerkvalitet SSD i dag .

NAND-flashhukommelse kan opdeles i to kategorier: 2D-struktur og 3D-struktur i henhold til forskellige rumlige strukturer.Floating gate transistorer bruges hovedsageligt til 2D FLASH, mens 3D flash hovedsageligt bruger CT transistorer og flydende gate.Er en halvleder, CT er en isolator, de to er forskellige i natur og princip.Forskellen er:

2D struktur NAND Flash
Hukommelsescellernes 2D-struktur er kun arrangeret i chippens XY-plan, så den eneste måde at opnå højere tæthed i den samme wafer ved hjælp af 2D flash-teknologi er at krympe procesknuden.
Ulempen er, at fejl i NAND-flash er hyppigere for mindre noder;derudover er der en grænse for den mindste procesknude, der kan bruges, og lagertætheden er ikke høj.

3D-struktur NAND Flash
For at øge lagringstætheden har producenter udviklet 3D NAND eller V-NAND (vertical NAND) teknologi, som stabler hukommelsesceller i Z-planet på den samme wafer.

I 3D NAND flash er hukommelsescellerne forbundet som lodrette strenge i stedet for vandrette strenge i 2D NAND, og ​​bygning på denne måde hjælper med at opnå høj bittæthed for det samme chipområde.De første 3D Flash-produkter havde 24 lag.