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科普:什么是TLC闪存

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发表于 2015-12-7 18:58:50 | 显示全部楼层 |阅读模式

现在又到了闪存种类交替的时候,今年大量的TLC SSD涌向消费级市场,三星这个已经玩了几年TLC的就先不说了,SanDisk拿出了Ultra II,东芝旗下的OCZ放出了Trion 100,东芝自己也有Q300,镁光在11月也推出了BX200参战,海力士虽然没做自己的TLC SSD,但是卖了不少TLC闪存给下游厂家,至于Intel,它会等到明年3D闪存大批量产时才会弄自己的TLC SSD。

今后SSD市场的发展趋势也是TLC会渐渐侵占MLC的份额,特别是在那些可以MLC/TLC相互切换的3D NAND普及之后,SSD容量会持续上升,价格则会不断下降,无论大家现在接受与否,TLC闪存早晚会完全占领低端市场,MLC依然会凭借性能上的优势高端市场的地位无法动摇。

说了这么多可能有人搞清楚TLC到底是什么,今天我们就来简单的介绍一下。

Intel_730.jpg

一块SSD由主控、DRAM缓存和NAND闪存三种芯片所组成,主控是SSD的大脑,SSD所做的东西全部都是它所控制的;DRAM缓存则是高速缓冲区,具体作用要看主控的算法而定,有些是用来放LBA表的,有些则是拿来做数据缓存的,更有些方案是没有外置DRAM缓存,只在主控内置了小量缓存,这样做的目的有些是为了数据的安全性(如SandForce),有些则是为了降低成本(大多数入门级主控);NAND闪存则是数据存储的地方,你的数据全部都存放在里面。

SLC、MLC、TLC到底是什么

NAND闪存的类型有SLC、MLC和TLC这三种,SLC不论性能还是可靠性都是都是最好的,但成本也是最高的;MLC闪存性能、可靠性次之, 它的性能、可靠性与成本上是相当均衡的,是目前的绝对主力;TLC则是在2012年之后三星才把它带入SSD市场的,之前主要是用在U盘以及存储卡上面, 在三星先行了两年之后今年其他厂商终于跟上了,大量的TLC SSD开始推向市场。

2012629-02.jpg
SLC、MLC与TLC的简单区别

SLC = Single-Level Cell,即1 bit per cell,只存在0和1两个充电值,结构简单但是执行效率高。SLC闪存的优点是传输速度更快,功率消耗更低和存储单元的寿命更长。然而,由于每个存储单元包含的信息较少,其每百万字节需花费较高的成本来生产,由于成本过高你基本上只会在高端的企业级SSD上见到它,流入到消费级平台上的基本都是非原封的。

MLC = Multi-Level Cell,即2 bit per cell,有00,01,10,11四个充电值,因此需要比SLC更多的访问时间,不过每个单元可以存放比SLC多一倍的数据。MLC闪存可降低生产成本,但与SLC相比其传输速度较慢,现在大多数消费级SSD都是使用MLC做的。

TLC = Trinary-Level Cell,即3 bit per cell,每个单元可以存放比MLC多1/2的数据,共八个充电值,所需访问时间更长,因此传输速度更慢。TLC优势价格便宜,每百万字节生产成本是最低的,但是寿命短,通常用在U盘或者存储卡这类移动存储设备上。

TLC闪存的优劣势

NAND_575px.png

TLC闪存的优势是容量更大,成本更低,举例来说,同样的晶体管电路做成64Gb的SLC闪存,那么变成MLC、TLC闪存则可以得到 128Gb、192Gb的容量,这对厂商来说大大降低了成本。

NAND.jpg

从结果上来看,各种闪存的物理结构是相同的,但是控制上一个比一个复杂,SLC每个Cell能储存1个数据,有两种电位变化,MLC每个Cell能储存2个数据,有四种电位变化,TLC每个Cell可以储存3个数据,有8种电位变化 ,MLC和TLC每个Cell单元中有多个信号,是通过控制不同的电压来实现的,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。

slctlc.jpg
TLC闪存在P/E寿命、读写速度上要比MLC、SLC差很多

但是,TLC闪存也不是只有光鲜的一面,它带来的考验也更大。容纳的电位多了可以提升容量,但也使得整个过程更复杂,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,所以现在的TLC SSD都启用了SLC Cache模式提升写入速度,否则那个写入速度是很难让人接受的;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八种电信号状态中区分所需数据。

最关键的是闪存寿命直线下降,MLC的P/E次数至少还有3000-5000次,而TLC公认的P/E指标是1000次,好点的可能做到1500次,依然比MLC差很多。

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