Mõistke erinevust NAND Flash SLC, MLC, TLC, QLC erinevate klasside SSD kiipide vahel

NAND Flashi täisnimi on välkmälu, mis kuulub püsimäluseadmele (Non-volatile Memory Device).See põhineb ujuvvärava transistori konstruktsioonil ja laengud lukustatakse läbi ujuvvärava.Kuna ujuvvärav on elektriliselt isoleeritud, jäävad väravani jõudvad elektronid lõksu ka pärast pinge eemaldamist.See on välgu mittevolatiilsuse põhjendus.Andmed salvestatakse sellistesse seadmetesse ja ei lähe kaotsi isegi siis, kui toide välja lülitatakse.
Erinevate nanotehnoloogiate kohaselt on NAND Flash kogenud üleminekut SLC-lt MLC-le ja seejärel TLC-le ning liigub QLC-le.NAND Flashi kasutatakse selle suure mahu ja kiire kirjutamiskiiruse tõttu laialdaselt eMMC/eMCP, U-ketaste, SSD-de, autode, asjade Interneti ja muudes valdkondades.

SLC (ingliskeelne täisnimi (Single-Level Cell – SLC) on ühetasandiline salvestusruum
SLC-tehnoloogia tunnuseks on see, et ujuvvärava ja allika vaheline oksiidkile on õhem.Andmete kirjutamisel saab salvestatud laengu kõrvaldada, rakendades ujuvvärava laengule pinget ja läbides seejärel allika.st ainult kaks pingemuutust 0 ja 1 suudavad salvestada 1 infoühiku ehk 1 bitti raku kohta, mida iseloomustab kiire kiirus, pikk kasutusiga ja tugev jõudlus.Puuduseks on väike võimsus ja kõrge hind.

MLC (ingliskeelne täisnimi Multi-Level Cell – MLC) on mitmekihiline salvestusruum
Intel (Intel) arendas esmakordselt edukalt MLC 1997. aasta septembris. Selle ülesanne on salvestada kaks teabeühikut ujuvväravasse (osa, kus laeng salvestatakse välkmäluelemendis) ja seejärel kasutada erinevate potentsiaalide laengut (tase). ), Täpne lugemine ja kirjutamine mällu salvestatud pingeregulaatori kaudu.
See tähendab, et 2bit/cell, iga rakuüksus salvestab 2bit infot, nõuab keerulisemat pinge juhtimist, on neli vahetust 00, 01, 10, 11, kiirus üldiselt keskmine, eluiga keskmine, hind keskmine, umbes 3000–10 000 kustutamis- ja kirjutamisaega. MLC töötab suure hulga pingeastmete abil, iga rakk salvestab kaks bitti andmeid ja andmetihedus on suhteliselt suur ning suudab korraga salvestada rohkem kui 4 väärtust.Seetõttu võib MLC arhitektuuril olla parem salvestustihedus.

TLC (ingliskeelne täisnimi Trinary-Level Cell) on kolmetasandiline salvestusruum
TLC on 3 bitti raku kohta.Iga rakuüksus salvestab 3-bitist teavet, mis suudab salvestada 1/2 rohkem andmeid kui MLC.Seal on 8 tüüpi pingemuutusi vahemikus 000 kuni 001, see tähendab 3 bitti raku kohta.On ka Flashi tootjaid nimega 8LC.Vajalik juurdepääsuaeg pikem, seega on edastuskiirus aeglasem.
TLC eeliseks on see, et hind on odav, tootmiskulu megabaidi kohta on madalaim ja hind on odav, kuid eluiga on lühike, ainult umbes 1000-3000 kustutamise ja ümberkirjutamise eluiga, kuid tugevalt testitud TLC osakesi SSD suudab kasutada tavaliselt rohkem kui 5 aastat.

QLC (ingliskeelne täisnimi Quadruple-Level Cell) neljakihiline salvestusseade
QLC-d võib nimetada ka 4-bit MLC-ks, neljakihiliseks salvestusüksuseks, see tähendab 4 bitti raku kohta.Pinges on 16 muutust, kuid mahtu saab suurendada 33%, see tähendab, et kirjutamisjõudlus ja kustutamisaeg vähenevad veelgi, võrreldes TLC-ga.Spetsiifilises jõudlustestis on Magnesium teinud katseid.Lugemiskiiruse osas võivad mõlemad SATA-liidesed ulatuda 540 MB/s-ni.QLC toimib kirjutuskiirusel halvemini, kuna selle P/E programmeerimisaeg on pikem kui MLC ja TLC, kiirus on aeglasem ja pidev kirjutamiskiirus 520 MB/s kuni 360 MB/s, juhuslik jõudlus langes 9500 IOPS-lt 5000-le. IOPS, kaotus ligi poole võrra.

PS: mida rohkem andmeid igas rakuüksuses salvestatakse, seda suurem on võimsus pindalaühiku kohta, kuid samal ajal põhjustab see erinevate pingeseisundite suurenemist, mida on keerulisem kontrollida, seega on NAND Flash-kiibi stabiilsus. halveneb ja kasutusiga lüheneb, millest igaühel on oma eelised ja puudused.

(NAND Flashi lugemis- ja kirjutamisaeg on ainult viitamiseks)
Pole raske näha, et nelja tüüpi NAND-välkmälu jõudlus on erinev.SLC võimsusühiku maksumus on kõrgem kui teist tüüpi NAND-välkmälu osakestel, kuid selle andmete säilivusaeg on pikem ja lugemiskiirus suurem;QLC on suurema võimsusega ja väiksemate kuludega, kuid madala töökindluse ja pikaealisuse tõttu Puudused ja muud puudused vajavad veel edasiarendamist.

Tootmiskulude, lugemis- ja kirjutamiskiiruse ning kasutusea vaatenurgast on nelja kategooria paremusjärjestus järgmine:
SLC>MLC>TLC>QLC;
Praegused peamised lahendused on MLC ja TLC.SLC on peamiselt suunatud sõjalistele ja ettevõtetele mõeldud rakendustele, millel on kiire kirjutamine, madal veamäär ja pikk vastupidavus.MLC on peamiselt suunatud tarbijatele mõeldud rakendustele, selle võimsus on 2 korda suurem kui SLC, odav, sobib USB-mälupulkadele, mobiiltelefonidele, digikaameratele ja muudele mälukaartidele ning seda kasutatakse tänapäeval laialdaselt ka tarbijaklassi SSD-des. .

NAND-välkmälu saab jagada kahte kategooriasse: 2D-struktuur ja 3D-struktuur vastavalt erinevatele ruumistruktuuridele.Ujuvväravaid transistore kasutatakse peamiselt 2D-välgu jaoks, samas kui 3D-välgu puhul kasutatakse peamiselt CT-transistore ja ujuvväravaid.On pooljuht, CT on isolaator, need kaks on olemuselt ja põhimõttelt erinevad.Erinevus on järgmine:

2D struktuur NAND Flash
Mälurakkude 2D-struktuur on paigutatud ainult kiibi XY-tasapinnale, seega ainus viis 2D-välktehnoloogia abil samas vahvlis suurema tiheduse saavutamiseks on protsessisõlme kahandamine.
Negatiivne külg on see, et väiksemate sõlmede puhul esinevad NAND-välgu vead sagedamini;lisaks on piiratud väikseima kasutatava protsessisõlmega ja salvestustihedus ei ole suur.

3D struktuur NAND Flash
Salvestustiheduse suurendamiseks on tootjad välja töötanud 3D NAND või V-NAND (vertikaalne NAND) tehnoloogia, mis virnastab Z-tasandi mälurakud samale vahvlile.

3D NAND-välklambi puhul on mäluelemendid ühendatud vertikaalsete stringidena, mitte horisontaalsete stringidena 2D NAND-is, ja sellisel viisil ehitamine aitab saavutada sama kiibipiirkonna kõrge bittiheduse.Esimestel 3D Flashi toodetel oli 24 kihti.