Begrijp het verschil tussen verschillende soorten SSD-chips van NAND Flash SLC, MLC, TLC, QLC

De volledige naam van NAND Flash is Flash Memory, dat behoort tot een niet-vluchtig geheugenapparaat (Non-volatile Memory Device).Het is gebaseerd op een transistorontwerp met zwevende poort, en ladingen worden vergrendeld via de zwevende poort.Omdat de zwevende poort elektrisch geïsoleerd is, blijven elektronen die de poort bereiken, opgesloten, zelfs nadat de spanning is verwijderd.Dit is de reden voor de niet-vluchtigheid van flash.Gegevens worden op dergelijke apparaten opgeslagen en gaan niet verloren, zelfs niet als de stroom wordt uitgeschakeld.
Volgens verschillende nanotechnologieën heeft NAND Flash de overgang meegemaakt van SLC naar MLC en vervolgens naar TLC, en beweegt het zich richting QLC.NAND Flash wordt veel gebruikt in eMMC/eMCP, U disk, SSD, auto, Internet of Things en andere velden vanwege de grote capaciteit en hoge schrijfsnelheid.

SLC (Engelse volledige naam (Single-Level Cell – SLC) is opslag op één niveau
Het kenmerk van de SLC-technologie is dat de oxidefilm tussen de floating gate en de source dunner is.Bij het schrijven van gegevens kan de opgeslagen lading worden geëlimineerd door een spanning aan te leggen op de lading van de zwevende poort en vervolgens door de bron te gaan.Dat wil zeggen dat slechts twee spanningsveranderingen van 0 en 1 1 informatie-eenheid kunnen opslaan, dat wil zeggen 1 bit/cel, die wordt gekenmerkt door hoge snelheid, lange levensduur en sterke prestaties.Het nadeel is dat de capaciteit laag is en de kosten hoog.

MLC (Engelse volledige naam Multi-Level Cell – MLC) is een meerlaagse opslag
Intel (Intel) ontwikkelde MLC voor het eerst met succes in september 1997. De functie ervan is om twee informatie-eenheden op te slaan in een Floating Gate (het deel waar de lading wordt opgeslagen in de flashgeheugencel), en vervolgens de lading van verschillende potentiëlen te gebruiken (Level ), Nauwkeurig lezen en schrijven via de spanningsregeling die in het geheugen is opgeslagen.
Dat wil zeggen, 2bit/cel, elke celeenheid slaat 2bit-informatie op, vereist een complexere spanningsregeling, er zijn vier wijzigingen van 00, 01, 10, 11, de snelheid is over het algemeen gemiddeld, de levensduur is gemiddeld, de prijs is gemiddeld, ongeveer 3000-10.000 keer wissen en schrijven. MLC werkt met behulp van een groot aantal spanningsklassen, elke cel slaat twee bits aan gegevens op en de gegevensdichtheid is relatief groot en kan meer dan 4 waarden tegelijk opslaan.Daarom kan de MLC-architectuur een betere opslagdichtheid hebben.

TLC (Engelse volledige naam Trinary-Level Cell) is een opslag met drie niveaus
TLC is 3 bit per cel.Elke celeenheid slaat 3-bits informatie op, die de helft meer gegevens kan opslaan dan MLC.Er zijn 8 soorten spanningsveranderingen van 000 tot 001, dat wil zeggen 3 bits/cel.Er zijn ook Flash-fabrikanten genaamd 8LC.De benodigde toegangstijd is langer, waardoor de overdrachtssnelheid langzamer is.
Het voordeel van TLC is dat de prijs goedkoop is, de productiekosten per megabyte het laagst zijn en de prijs goedkoop is, maar de levensduur kort is, slechts ongeveer 1000-3000 levensduur voor wissen en herschrijven, maar de zwaar geteste TLC-deeltjes SSD kan normaal gebruikt worden voor meer dan 5 jaar.

QLC (Engelse volledige naam Quadruple-Level Cell) vierlaagse opslageenheid
QLC kan ook 4bit MLC worden genoemd, een vierlaagse opslageenheid, dat wil zeggen 4bits/cel.Er zijn 16 spanningsveranderingen, maar de capaciteit kan met 33% worden verhoogd, dat wil zeggen dat de schrijfprestaties en de levensduur van het wissen verder worden verkort in vergelijking met TLC.In de specifieke prestatietest heeft Magnesium experimenten gedaan.Qua leessnelheid kunnen beide SATA-interfaces 540 MB/S bereiken.QLC presteert slechter op het gebied van schrijfsnelheid, omdat de P/E-programmeertijd langer is dan die van MLC en TLC, de snelheid lager is en de continue schrijfsnelheid van 520 MB/s naar 360 MB/s is, de willekeurige prestaties zijn gedaald van 9500 IOPS naar 5000 IOPS, een verlies van bijna de helft.

PS: Hoe meer gegevens in elke celeenheid worden opgeslagen, hoe hoger de capaciteit per oppervlakte-eenheid, maar tegelijkertijd leidt dit tot een toename van verschillende spanningstoestanden, wat moeilijker te controleren is, dus de stabiliteit van de NAND Flash-chip wordt erger en de levensduur wordt korter, elk met zijn eigen voor- en nadelen.

(NAND Flash lees- en schrijflevensduur is alleen ter referentie)
Het is niet moeilijk om te zien dat de prestaties van de vier typen NAND-flashgeheugen verschillend zijn.De kosten per capaciteitseenheid van SLC zijn hoger dan die van andere soorten NAND-flashgeheugendeeltjes, maar de bewaartijd van gegevens is langer en de leessnelheid is hoger;QLC heeft een grotere capaciteit en lagere kosten, maar vanwege de lage betrouwbaarheid en lange levensduur moeten tekortkomingen en andere tekortkomingen nog verder worden ontwikkeld.

Vanuit het perspectief van productiekosten, lees- en schrijfsnelheid en levensduur is de rangorde van de vier categorieën:
SLC>MLC>TLC>QLC;
De huidige reguliere oplossingen zijn MLC en TLC.SLC is voornamelijk gericht op militaire en zakelijke toepassingen, met hoge schrijfsnelheden, een laag foutenpercentage en een lange duurzaamheid.MLC is voornamelijk gericht op consumententoepassingen, de capaciteit is 2 keer hoger dan die van SLC, goedkoop, geschikt voor USB-flashdrives, mobiele telefoons, digitale camera's en andere geheugenkaarten, en wordt tegenwoordig ook veel gebruikt in SSD's voor consumenten .

NAND-flashgeheugen kan worden onderverdeeld in twee categorieën: 2D-structuur en 3D-structuur volgens verschillende ruimtelijke structuren.Zwevende poorttransistoren worden voornamelijk gebruikt voor 2D FLASH, terwijl 3D-flits voornamelijk CT-transistoren en zwevende poort gebruikt.Is een halfgeleider, CT is een isolator, de twee zijn verschillend van aard en principe.Het verschil is:

2D-structuur NAND Flash
De 2D-structuur van de geheugencellen is alleen in het XY-vlak van de chip gerangschikt, dus de enige manier om met behulp van 2D-flashtechnologie een hogere dichtheid in dezelfde wafer te bereiken, is door het procesknooppunt te verkleinen.
Het nadeel is dat fouten in NAND-flash vaker voorkomen bij kleinere knooppunten;bovendien is er een limiet aan het kleinste procesknooppunt dat kan worden gebruikt, en is de opslagdichtheid niet hoog.

3D-structuur NAND Flash
Om de opslagdichtheid te vergroten, hebben fabrikanten 3D NAND- of V-NAND-technologie (verticale NAND) ontwikkeld, waarbij geheugencellen in het Z-vlak op dezelfde wafer worden gestapeld.

Bij 3D NAND-flash zijn de geheugencellen verbonden als verticale strings in plaats van horizontale strings in 2D NAND, en door op deze manier te bouwen wordt een hoge bitdichtheid bereikt voor hetzelfde chipoppervlak.De eerste 3D Flash-producten hadden 24 lagen.