Verstehen Sie den Unterschied zwischen verschiedenen Arten von SSD-Chips von NAND Flash SLC, MLC, TLC, QLC

Der vollständige Name von NAND Flash ist Flash Memory und gehört zu einem nichtflüchtigen Speichergerät (Non-volatile Memory Device).Es basiert auf einem Floating-Gate-Transistor-Design und Ladungen werden über das Floating-Gate zwischengespeichert.Da das Floating-Gate elektrisch isoliert ist, werden Elektronen, die das Gate erreichen, auch nach Wegnahme der Spannung eingefangen.Dies ist der Grund für die Flash-Nichtvolatilität.Die Daten werden in solchen Geräten gespeichert und gehen auch dann nicht verloren, wenn der Strom ausgeschaltet wird.
Laut verschiedenen Nanotechnologien hat NAND-Flash den Übergang von SLC zu MLC und dann zu TLC erlebt und bewegt sich in Richtung QLC.NAND-Flash wird aufgrund seiner großen Kapazität und schnellen Schreibgeschwindigkeit häufig in eMMC/eMCP, U-Disk, SSD, Automobil, Internet der Dinge und anderen Bereichen eingesetzt.

SLC (englischer vollständiger Name (Single-Level Cell – SLC) ist ein einstufiger Speicher
Das Merkmal der SLC-Technologie ist, dass der Oxidfilm zwischen dem Floating Gate und der Source dünner ist.Beim Schreiben von Daten kann die gespeicherte Ladung eliminiert werden, indem eine Spannung an die Ladung des Floating Gate angelegt und dann durch die Source geleitet wird.Das heißt, nur zwei Spannungsänderungen von 0 und 1 können 1 Informationseinheit, also 1 Bit/Zelle, speichern, was sich durch hohe Geschwindigkeit, lange Lebensdauer und starke Leistung auszeichnet.Der Nachteil besteht darin, dass die Kapazität gering und die Kosten hoch sind.

MLC (englischer vollständiger Name Multi-Level Cell – MLC) ist ein mehrschichtiger Speicher
Intel (Intel) hat MLC erstmals im September 1997 erfolgreich entwickelt. Seine Funktion besteht darin, zwei Informationseinheiten in einem Floating Gate (dem Teil, in dem die Ladung in der Flash-Speicherzelle gespeichert wird) zu speichern und dann die Ladung unterschiedlicher Potentiale (Level) zu verwenden ), Genaues Lesen und Schreiben durch die im Speicher gespeicherte Spannungssteuerung.
Das heißt, 2 Bit/Zelle, jede Zelleneinheit speichert 2-Bit-Informationen, erfordert eine komplexere Spannungssteuerung, es gibt vier Änderungen von 00, 01, 10, 11, die Geschwindigkeit ist im Allgemeinen durchschnittlich, die Lebensdauer ist durchschnittlich, der Preis ist durchschnittlich, ca 3000–10000-fache Lösch- und Schreiblebensdauer. MLC arbeitet mit einer großen Anzahl von Spannungsstufen, jede Zelle speichert zwei Datenbits und die Datendichte ist relativ groß und kann mehr als 4 Werte gleichzeitig speichern.Daher kann die MLC-Architektur eine bessere Speicherdichte aufweisen.

TLC (englischer vollständiger Name Trinary-Level Cell) ist ein dreistufiger Speicher
TLC beträgt 3 Bit pro Zelle.Jede Zelleneinheit speichert 3-Bit-Informationen, wodurch 1/2 mehr Daten als MLC gespeichert werden können.Es gibt 8 Arten von Spannungsänderungen von 000 bis 001, also 3 Bit/Zelle.Es gibt auch Flash-Hersteller namens 8LC.Die erforderliche Zugriffszeit ist länger, daher ist die Übertragungsgeschwindigkeit langsamer.
Der Vorteil von TLC besteht darin, dass der Preis günstig ist, die Produktionskosten pro Megabyte am niedrigsten sind und der Preis günstig ist, aber die Lebensdauer kurz ist, nur etwa 1000-3000 Lösch- und Neuschreibzeiten, aber die stark getestete TLC-Partikel-SSD kann dies länger als 5 Jahre normal verwendet werden.

QLC (englischer vollständiger Name Quadruple-Level Cell) vierschichtige Speichereinheit
QLC kann auch als 4-Bit-MLC bezeichnet werden, eine vierschichtige Speichereinheit, also 4 Bit/Zelle.Es gibt 16 Spannungsänderungen, aber die Kapazität kann um 33 % erhöht werden, d. h. die Schreibleistung und die Löschlebensdauer werden im Vergleich zu TLC weiter reduziert.Im spezifischen Leistungstest hat Magnesium Experimente durchgeführt.In Bezug auf die Lesegeschwindigkeit können beide SATA-Schnittstellen 540 MB/S erreichen.QLC schneidet bei der Schreibgeschwindigkeit schlechter ab, da seine P/E-Programmierungszeit länger ist als bei MLC und TLC, die Geschwindigkeit langsamer ist und die kontinuierliche Schreibgeschwindigkeit beträgt. Von 520 MB/s auf 360 MB/s sank die Zufallsleistung von 9500 IOPS auf 5000 IOPS, ein Verlust von fast der Hälfte.

PS: Je mehr Daten in jeder Zelleinheit gespeichert sind, desto höher ist die Kapazität pro Flächeneinheit, aber gleichzeitig führt dies zu einem Anstieg verschiedener Spannungszustände, was schwieriger zu kontrollieren ist, also die Stabilität des NAND-Flash-Chips verschlechtert sich und die Lebensdauer verkürzt sich, was jeweils seine eigenen Vor- und Nachteile hat.

(NAND-Flash-Lese- und Schreiblebensdauer dient nur als Referenz)
Es ist nicht schwer zu erkennen, dass die Leistung der vier Arten von NAND-Flash-Speichern unterschiedlich ist.Die Kosten pro Kapazitätseinheit sind bei SLC höher als bei anderen Arten von NAND-Flash-Speicherpartikeln, aber die Datenaufbewahrungszeit ist länger und die Lesegeschwindigkeit ist schneller;QLC verfügt über eine größere Kapazität und geringere Kosten, weist jedoch aufgrund seiner geringen Zuverlässigkeit und Langlebigkeit Mängel und andere Mängel auf, die noch weiterentwickelt werden müssen.

Aus Sicht der Produktionskosten, der Lese- und Schreibgeschwindigkeit und der Lebensdauer ergibt sich für die vier Kategorien folgende Rangfolge:
SLC>MLC>TLC>QLC;
Die aktuellen Mainstream-Lösungen sind MLC und TLC.SLC ist hauptsächlich für Militär- und Unternehmensanwendungen gedacht und zeichnet sich durch hohe Schreibgeschwindigkeit, niedrige Fehlerrate und lange Haltbarkeit aus.MLC ist hauptsächlich auf Verbraucheranwendungen ausgerichtet, seine Kapazität ist doppelt so hoch wie die von SLC, kostengünstig, geeignet für USB-Flash-Laufwerke, Mobiltelefone, Digitalkameras und andere Speicherkarten und wird heute auch häufig in SSDs für Verbraucher verwendet .

NAND-Flash-Speicher können in zwei Kategorien unterteilt werden: 2D-Struktur und 3D-Struktur entsprechend unterschiedlicher räumlicher Strukturen.Floating-Gate-Transistoren werden hauptsächlich für 2D-FLASH verwendet, während 3D-Flash hauptsächlich CT-Transistoren und Floating-Gate verwendet.Ist ein Halbleiter, ist CT ein Isolator, beide unterscheiden sich in Natur und Prinzip.Der Unterschied ist:

2D-Struktur NAND-Flash
Die 2D-Struktur der Speicherzellen ist nur in der XY-Ebene des Chips angeordnet. Die einzige Möglichkeit, mit der 2D-Flash-Technologie eine höhere Dichte im gleichen Wafer zu erreichen, besteht darin, den Prozessknoten zu verkleinern.
Der Nachteil besteht darin, dass Fehler im NAND-Flash bei kleineren Knoten häufiger auftreten;Darüber hinaus ist der kleinste verwendbare Prozessknoten begrenzt und die Speicherdichte ist nicht hoch.

3D-Struktur NAND-Flash
Um die Speicherdichte zu erhöhen, haben Hersteller die 3D-NAND- oder V-NAND-Technologie (vertikales NAND) entwickelt, bei der Speicherzellen in der Z-Ebene auf demselben Wafer gestapelt werden.

Beim 3D-NAND-Flash sind die Speicherzellen als vertikale Stränge und nicht als horizontale Stränge beim 2D-NAND verbunden, und durch den Aufbau auf diese Weise lässt sich eine hohe Bitdichte bei gleicher Chipfläche erreichen.Die ersten 3D-Flash-Produkte hatten 24 Schichten.