Comprendre la diferència entre diferents graus de xips SSD de NAND Flash SLC, MLC, TLC, QLC

El nom complet de NAND Flash és Flash Memory, que pertany a un dispositiu de memòria no volàtil (Non-volatile Memory Device).Es basa en un disseny de transistor de porta flotant i les càrregues s'enganxen a través de la porta flotant.Com que la porta flotant està aïllada elèctricament, els electrons que arriben a la porta queden atrapats fins i tot després d'eliminar la tensió.Aquesta és la justificació de la no volatilitat del flaix.Les dades s'emmagatzemen en aquests dispositius i no es perdran encara que s'apaga l'alimentació.
Segons diferents nanotecnologies, NAND Flash ha experimentat la transició de SLC a MLC, i després a TLC, i s'està movent cap a QLC.NAND Flash s'utilitza àmpliament en eMMC/eMCP, disc U, SSD, automòbil, Internet de les coses i altres camps a causa de la seva gran capacitat i velocitat d'escriptura ràpida.

SLC (nom complet en anglès (Single-Level Cell – SLC) és un emmagatzematge d'un sol nivell
La característica de la tecnologia SLC és que la pel·lícula d'òxid entre la porta flotant i la font és més prima.En escriure dades, la càrrega emmagatzemada es pot eliminar aplicant una tensió a la càrrega de la porta flotant i després passant per la font., és a dir, només dos canvis de tensió de 0 i 1 poden emmagatzemar 1 unitat d'informació, és a dir, 1 bit/cel·la, que es caracteritza per una velocitat ràpida, una llarga vida útil i un fort rendiment.El desavantatge és que la capacitat és baixa i el cost és elevat.

MLC (nom complet en anglès Multi-Level Cell - MLC) és un emmagatzematge de diverses capes
Intel (Intel) va desenvolupar MLC per primera vegada amb èxit el setembre de 1997. La seva funció és emmagatzemar dues unitats d'informació en una porta flotant (la part on s'emmagatzema la càrrega a la cèl·lula de memòria flaix) i després utilitzar la càrrega de diferents potencials (nivell). ), Lectura i escriptura precisa mitjançant el control de tensió emmagatzemat a la memòria.
És a dir, 2 bits/cel·la, cada unitat cel·lular emmagatzema informació de 2 bits, requereix un control de tensió més complex, hi ha quatre canvis de 00, 01, 10, 11, la velocitat generalment és mitjana, la vida útil és mitjana, el preu és mitjà, aproximadament 3000—10000 vegades de vida d'esborrat i escriptura. MLC funciona utilitzant un gran nombre de graus de tensió, cada cel·la emmagatzema dos bits de dades i la densitat de dades és relativament gran i pot emmagatzemar més de 4 valors alhora.Per tant, l'arquitectura MLC pot tenir una millor densitat d'emmagatzematge.

TLC (nom complet en anglès Trinary-Level Cell) és un emmagatzematge de tres nivells
TLC és de 3 bits per cel·la.Cada unitat cel·lular emmagatzema informació de 3 bits, que pot emmagatzemar 1/2 més dades que MLC.Hi ha 8 tipus de canvis de tensió de 000 a 001, és a dir, 3 bits/cel·la.També hi ha fabricants de Flash anomenats 8LC.El temps d'accés requerit és més llarg, de manera que la velocitat de transferència és més lenta.
L'avantatge de TLC és que el preu és barat, el cost de producció per megabyte és el més baix i el preu és barat, però la vida útil és curta, només uns 1000-3000 vida d'esborrat i reescriptura, però el SSD de partícules TLC molt provat pot utilitzar-se normalment durant més de 5 anys.

Unitat d'emmagatzematge de quatre capes QLC (nom complet en anglès Quadruple-Level Cell).
QLC també es pot anomenar 4bit MLC, una unitat d'emmagatzematge de quatre capes, és a dir, 4bits/cell.Hi ha 16 canvis de tensió, però la capacitat es pot augmentar en un 33%, és a dir, el rendiment d'escriptura i la vida d'esborrat es reduiran encara més en comparació amb TLC.En la prova de rendiment específica, Magnesium ha fet experiments.Pel que fa a la velocitat de lectura, ambdues interfícies SATA poden arribar als 540 MB/S.QLC funciona pitjor en velocitat d'escriptura, perquè el seu temps de programació P/E és més llarg que MLC i TLC, la velocitat és més lenta i la velocitat d'escriptura contínua és de 520 MB/s a 360 MB/s, el rendiment aleatori va baixar de 9500 IOPS a 5000. IOPS, una pèrdua de gairebé la meitat.

PS: com més dades s'emmagatzemen a cada unitat de cèl·lula, més gran serà la capacitat per unitat d'àrea, però al mateix temps, comporta un augment dels diferents estats de tensió, que és més difícil de controlar, de manera que l'estabilitat del xip NAND Flash empitjora i la vida útil es fa més curta, cadascun amb els seus propis avantatges i desavantatges.

(La vida de lectura i escriptura de NAND Flash només és com a referència)
No és difícil veure que el rendiment dels quatre tipus de memòria flaix NAND és diferent.El cost per unitat de capacitat de SLC és superior al d'altres tipus de partícules de memòria flash NAND, però el seu temps de retenció de dades és més llarg i la velocitat de lectura és més ràpida;QLC té una capacitat més gran i un cost més baix, però a causa de la seva baixa fiabilitat i longevitat, les mancances i altres mancances encara s'han de desenvolupar.

Des de la perspectiva del cost de producció, la velocitat de lectura i escriptura i la vida útil, la classificació de les quatre categories és:
SLC>MLC>TLC>QLC;
Les solucions principals actuals són MLC i TLC.SLC està dirigit principalment a aplicacions militars i empresarials, amb escriptura d'alta velocitat, baixa taxa d'error i llarga durabilitat.MLC s'adreça principalment a aplicacions de grau de consum, la seva capacitat és 2 vegades superior a SLC, de baix cost, apta per a unitats flash USB, telèfons mòbils, càmeres digitals i altres targetes de memòria, i també s'utilitza àmpliament en SSD de grau de consum actual. .

La memòria flash NAND es pot dividir en dues categories: estructura 2D i estructura 3D segons diferents estructures espacials.Els transistors de porta flotant s'utilitzen principalment per a FLASH 2D, mentre que el flaix 3D utilitza principalment transistors CT i porta flotant.És un semiconductor, CT és un aïllant, els dos són diferents per naturalesa i principi.La diferència és:

Estructura 2D NAND Flash
L'estructura 2D de les cèl·lules de memòria només es disposa al pla XY del xip, de manera que l'única manera d'aconseguir una densitat més alta a la mateixa hòstia mitjançant la tecnologia flash 2D és reduir el node del procés.
L'inconvenient és que els errors al flaix NAND són més freqüents per a nodes més petits;a més, hi ha un límit per al node de procés més petit que es pot utilitzar i la densitat d'emmagatzematge no és alta.

Estructura 3D NAND Flash
Per augmentar la densitat d'emmagatzematge, els fabricants han desenvolupat la tecnologia 3D NAND o V-NAND (NAND vertical), que apila cèl·lules de memòria al pla Z a la mateixa hòstia.

En el flash 3D NAND, les cel·les de memòria es connecten com a cadenes verticals en lloc de cadenes horitzontals en 2D NAND, i la construcció d'aquesta manera ajuda a aconseguir una alta densitat de bits per a la mateixa àrea de xip.Els primers productes Flash 3D tenien 24 capes.