Razumeti razliko med različnimi stopnjami SSD čipov NAND Flash SLC, MLC, TLC, QLC

Polno ime NAND Flash je Flash Memory, ki spada med obstojne pomnilniške naprave (Non-volatile Memory Device).Temelji na zasnovi tranzistorja s plavajočimi vrati, naboji pa se zaskočijo skozi lebdeča vrata.Ker so lebdeča vrata električno izolirana, so elektroni, ki dosežejo vrata, ujeti tudi po odstranitvi napetosti.To je razlog za bliskovito nestanovitnost.Podatki so shranjeni v takih napravah in se ne bodo izgubili, tudi če izklopite napajanje.
V skladu z različnimi nanotehnologijami je NAND Flash doživel prehod iz SLC v MLC in nato v TLC ter se premika proti QLC.NAND Flash se pogosto uporablja v eMMC/eMCP, U disk, SSD, avtomobilih, internetu stvari in drugih področjih zaradi svoje velike zmogljivosti in hitre hitrosti pisanja.

SLC (angleško polno ime (Single-Level Cell – SLC) je enonivojska shramba
Značilnost tehnologije SLC je, da je oksidni film med lebdečimi vrati in izvorom tanjši.Pri zapisovanju podatkov je mogoče shranjeni naboj odstraniti z uporabo napetosti na naboj lebdečih vrat in nato skozi vir., kar pomeni, da lahko samo dve spremembi napetosti 0 in 1 shranita 1 informacijsko enoto, to je 1 bit/celico, za katero so značilni visoka hitrost, dolga življenjska doba in močna zmogljivost.Pomanjkljivost je majhna zmogljivost in visoki stroški.

MLC (angleško polno ime Multi-Level Cell – MLC) je večslojni pomnilnik
Intel (Intel) je prvič uspešno razvil MLC septembra 1997. Njegova funkcija je shraniti dve enoti informacij v plavajoča vrata (del, kjer je naboj shranjen v celici bliskovnega pomnilnika), nato pa uporabiti naboj različnih potencialov (raven ), Natančno branje in pisanje prek nadzora napetosti, shranjenega v pomnilniku.
To je 2 bita/celico, vsaka celična enota shrani 2-bitne informacije, zahteva bolj zapleten nadzor napetosti, obstajajo štiri spremembe 00, 01, 10, 11, hitrost je na splošno povprečna, življenjska doba je povprečna, cena je povprečna, približno 3000—10000-kratna življenjska doba brisanja in pisanja. MLC deluje z uporabo velikega števila napetostnih razredov, vsaka celica shrani dva bita podatkov, gostota podatkov pa je relativno velika in lahko shrani več kot 4 vrednosti hkrati.Zato ima lahko arhitektura MLC boljšo gostoto shranjevanja.

TLC (angleško polno ime Trinary-Level Cell) je trinivojska shramba
TLC je 3 bite na celico.Vsaka celična enota shrani 3-bitne informacije, ki lahko shranijo 1/2 več podatkov kot MLC.Obstaja 8 vrst sprememb napetosti od 000 do 001, to je 3 bita/celico.Obstajajo tudi proizvajalci Flash, imenovani 8LC.Potreben dostopni čas je daljši, zato je hitrost prenosa počasnejša.
Prednost TLC je, da je cena poceni, proizvodni strošek na megabajt je najnižji in cena je poceni, vendar je življenjska doba kratka, le približno 1000-3000 življenjske dobe brisanja in ponovnega pisanja, vendar lahko močno preizkušen SSD z delci TLC normalno uporabljati več kot 5 let.

QLC (angleško polno ime Quadruple-Level Cell) štirislojna pomnilniška enota
QLC lahko imenujemo tudi 4bit MLC, štirislojna pomnilniška enota, to je 4 bitov/celico.Obstaja 16 sprememb napetosti, vendar se lahko zmogljivost poveča za 33 %, kar pomeni, da se bo zmogljivost pisanja in življenjska doba brisanja dodatno zmanjšala v primerjavi s TLC.V posebnem preizkusu delovanja je Magnesium izvajal poskuse.Kar zadeva hitrost branja, lahko oba vmesnika SATA dosežeta 540 MB/s.QLC deluje slabše pri hitrosti pisanja, ker je njegov programski čas P/E daljši kot pri MLC in TLC, hitrost je počasnejša, hitrost neprekinjenega pisanja pa je od 520 MB/s do 360 MB/s, naključna zmogljivost je padla z 9500 IOPS na 5000 IOPS, izguba skoraj polovice.

PS: Več podatkov kot je shranjenih v vsaki celični enoti, večja je zmogljivost na enoto površine, hkrati pa vodi do povečanja različnih napetostnih stanj, ki jih je težje nadzorovati, zato je stabilnost čipa NAND Flash manjša. postane slabša, življenjska doba pa krajša, vsak ima svoje prednosti in slabosti.

(Življenjska doba NAND Flash za branje in pisanje je samo za referenco)
Ni težko ugotoviti, da je zmogljivost štirih vrst pomnilnika NAND flash različna.Cena na enoto zmogljivosti SLC je višja kot pri drugih vrstah delcev bliskovnega pomnilnika NAND, vendar je njegov čas hrambe podatkov daljši in hitrost branja je hitrejša;QLC ima večjo zmogljivost in nižje stroške, vendar je treba zaradi svoje nizke zanesljivosti in dolgoživosti pomanjkljivosti in druge pomanjkljivosti še naprej razvijati.

Z vidika proizvodnih stroškov, hitrosti branja in pisanja ter življenjske dobe je razvrstitev štirih kategorij naslednja:
SLC>MLC>TLC>QLC;
Trenutne glavne rešitve so MLC in TLC.SLC je v glavnem namenjen vojaškim in poslovnim aplikacijam, z visoko hitrostjo pisanja, nizko stopnjo napak in dolgo življenjsko dobo.MLC je v glavnem namenjen aplikacijam potrošniškega razreda, njegova zmogljivost je 2-krat višja od SLC, poceni, primeren za bliskovne pogone USB, mobilne telefone, digitalne fotoaparate in druge pomnilniške kartice, danes pa se pogosto uporablja tudi v SSD potrošniškega razreda. .

Flash pomnilnik NAND lahko razdelimo v dve kategoriji: 2D strukturo in 3D strukturo glede na različne prostorske strukture.Tranzistorji s plavajočimi vrati se večinoma uporabljajo za 2D FLASH, medtem ko 3D flash uporablja predvsem CT tranzistorje in plavajoča vrata.Je polprevodnik, CT je izolator, oba sta različna po naravi in ​​principu.Razlika je:

2D struktura NAND Flash
2D struktura pomnilniških celic je urejena samo v ravnini XY čipa, zato je edini način za doseganje večje gostote v isti rezini s tehnologijo 2D flash skrčenje vozlišča procesa.
Slaba stran je, da so napake v NAND flashu pogostejše pri manjših vozliščih;poleg tega obstaja omejitev najmanjšega procesnega vozlišča, ki ga je mogoče uporabiti, in gostota shranjevanja ni visoka.

3D struktura NAND Flash
Za povečanje gostote shranjevanja so proizvajalci razvili tehnologijo 3D NAND ali V-NAND (navpični NAND), ki zloži pomnilniške celice v Z-ravnino na isto rezino.

V 3D NAND flash so pomnilniške celice povezane kot navpične vrvice in ne vodoravne v 2D NAND in gradnja na ta način pomaga doseči visoko gostoto bitov za isto površino čipa.Prvi izdelki 3D Flash so imeli 24 plasti.