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    3.3.2 闪存的三六九等:SLCMLC以及TLC



    NAND的分类

      即便同为NAND闪存也有三六九等之分,上面这张金字塔排列就显示了六种不同的NAND闪存,从下到上性能、可靠性依次升高,但是价格也水涨船高。


    超极速SSD是参测SSD中唯一一款使用SLC闪存的,在性能测试中表现非常突出

      金字塔顶端的是SLC,可靠性、寿命、性能还有价格都是最高的,使用SLC闪存的要么针对不计成本的企业级市场,要么就是做几款产品展示形象的。

      第二级的是Clear NAND,它的特殊之处在于内建ECC纠错支持,这样SSD主控就不需要ECC处理了,负担就少多了,Clear NAND主要是美光在做。

      再往下就是MLC的天下了,但是MLC也有很大区别。最好的是Enterprise Synch MLC(企业级同步MLC),可靠性和寿命针对企业级市场做了优化。之后就是Synch/Toggle MLC(同步/反复MLC),其中Toggle MLC多为东芝出品,当然Toggle阵营中也有企业级闪存,与企业级同步MLC对应。

      SSD中应用比较多的其实还有Asynch MLC(异步MLC),价格便宜量又足,性能也不算差,重点就是消费级市场。

      金字塔最底端的是TLC,它也很特殊,从前两年就开始嚷嚷相应的TLC SSD,去年11月份OCZ就宣布将在今年推出TLC产品,不过到现在也什么动静,关键的问题就在TLC可靠性太差,性能也低,除了容量提升之外很难有说服人的理由。

      SLC、MLC以及TLC到底有什么区别呢?

      继续前面的问题,施加电压会导致浮栅极电位变化,那么施加不同的电压就会有更多的电位变化,NAND闪存单元就可以容纳不同的信号组合,这也就是SLC、MLC以及TLC的区别。

      这几种闪存的物理结构是相同的,SLC(single-level-cell)是最简单的一种,加电就是1,断电就是0。

      MLC (multi-level-cell)就是每个cell单元中有多个信号,通过控制不同的电压来实现的,常见的是2个电信号的,它的信号组合有11,01,00,10四种,也就是可储存的容量提升了。

      TLC(Triple-level-cell)实际上也是MLC中的一种,不过常说的MLC几乎就是特指2个信号位的。TLC每个Cell单元中可荣内的信号更多,有000,001,010,011,111,110,100,101这8种,容量会更大。


    MLC会带来容量的增加(图片来源anandtech)

      提升容量、降低成本是MLC及TLC最大的优点,但是负面影响也很严重。

      1.MLC性能下降

      MLC需要更精确的电压控制,program过程所需时间更多,因此写入性能也会大幅下降,理论上只有SLC的1/4;读取,特别是随机读取性能也会受影响,因为需要花更多的时间从四种电信号状态中区分所需数据,读取性能只有SLC的1/3。


    SLC与MLC性能对比

      2.MLC可靠性下降

      SLC闪存一次P/E循环只需要击穿一次氧化层,而MLC需要不同的电压多次击穿氧化层,物理损害比SLC要严重得多,MLC的写入次数指数级下降,比如SLC的理论寿命是1万-10万次,而MLC的写入寿命上限就只有1万次,而且随着工艺的进步,这个数值还在下降,25nm MLC普遍只有3000-5000次。

      3.MLC需要更高的纠错

      由于电压分的更细,MLC在读取数据的过程中需要提高敏感度,不然就容易出现读错数据的可能,也就是说MLC出错的几率增大了,纠错要求也必须随之提高,反应在SSD上就是需要更强的ECC机制。

      除了上面提到的几点缺陷之外,MLC的漏电流、电压边界位移(voltage margin shifting)现象也增加了,MLC的功耗和发热也更高,这些都是MLC带来的问题,虽然相比前面几个并不算严重。

      说了这么多MLC的“坏话”,其实也没必要,因为SLC的成本和售价不是谁都能接受的,而MLC带来的好处是极具诱惑力的,它带来的问题可以通过技术手段缓解,至少SSD的主流还是MLC,而且针对企业级应用的MLC在可靠性和寿命上一样有保障。


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