电子数据存储相关(十二)聊聊固态硬盘SSD的相关术语 SLC、MLC、TLC、QL...

发布网友发布时间：2024-12-09 14:08

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本文主要对固态硬盘SSD中常见的存储术语SLC、MLC、TLC、QLC以及3D NAND进行解释。在介绍这些术语前，我们需要先理解SSD的存储原理。与机械硬盘不同，SSD采用闪存芯片存储数据，这种芯片也是优盘和手机存储使用的设备。

SSD的基本存储单位是浮栅晶体管（FGMOS），通过对晶体管进行充电和放电操作进行数据写入和擦除。每个晶体管的充放电次数有限，使用P/E值作为SSD寿命的衡量标准。P/E全称为Program/Erase（写入/擦除），一般称为“擦写次数”。SSD中存储的数据都是以二进制形式的0和1，基本存储单位是单元（Cell）。

最早的SSD只有一个Cell单元能存储1 bit信息，即只有0、1两种电压变化，可用来存储一位的二进制数据。这种方式结构简单、电压控制快速，寿命长、性能强，P/E擦写次数在9万到10万次之间，但缺点是容量低、成本高。这种方式被称为Single-Level Cell（SLC），是一种单层单元。

为了提高SSD的容量，技术人员改进了SLC技术，将一个Cell单元能存储的信息增加到2 bit。这需要更复杂的电压控制，有00、01、10、11四种变化。这种方式提高了存储容量、降低了生产成本，但写入性能和可靠性降低，P/E擦写次数根据不同制程在8000-10000次不等。这种方式被称为Multi-Level Cell（MLC），是一种多层单元。

继续改进，发明了每个Cell单元能存储3 bit信息的Trinary-Level Cell（TLC）技术。这种技术生产成本更低、价格更便宜，但性能更差、寿命更短，P/E擦写次数约500-1000次。更进一步，每个Cell单元能存储4 bit信息的Quad-Level Cell（QLC）技术，电压有16种变化。QLC技术生产成本更低，容量可达到10~100TB数量级，但早期预测QLC的P/E擦写次数仅有100-150次，担忧其不耐用。然而，后来镁光、东芝等品牌表示3D QLC闪存能经受1000次擦写，比预测寿命多了十倍。QLC寿命延长得益于3D NAND技术。

以上介绍的NAND闪存基于二维平面的NAND技术，也称为2D NAND技术。为了解决单位电荷数bit堆叠带来的问题，科研人员研发了新的3D NAND技术。3D NAND技术将堆叠工艺从二维变为三维，解决了电子干扰问题，提高了产品质量和性能，解除了由于工艺制程无法提升SSD容量的瓶颈。在3D NAND中，每单元仍然可以存储多个bit，分为SLC、MLC、TLC、QLC几种类型。

3D NAND技术采用垂直形式排列的V-NAND技术，解决了单位堆叠带来的电荷干扰问题，并提高了产品质量和性能。三星推出了使用自家电荷撷取闪存（CTF）的V-NAND技术，并在2013年实现了产品量产。目前，3D NAND颗粒已发展到32层、48层、64层、96层及更多层。近期，镁光推出了232层的NAND产品。

通常所说的3D NAND与V-NAND以及3D V-NAND技术属于同一概念，但3D NAND这个词更通用，适用于各种品牌，而V-NAND以及3D V-NAND主要应用于三星的产品。

理解这些SSD相关术语有助于参考SSD技术指标，选择合适的产品。在文章《固态硬盘SSD应知必懂的使用寿命相关知识》中，我们将介绍TBW等SSD寿命相关知识的解读。