Зразумець розніцу паміж рознымі класамі чыпаў SSD NAND Flash SLC, MLC, TLC, QLC

Поўная назва NAND Flash - Flash Memory, якая адносіцца да энерганезалежнай памяці (Non-volatile Memory Device).Ён заснаваны на канструкцыі транзістара з плаваючай засаўкай, і зарады фіксуюцца праз плаваючую засаўку.Паколькі плаваючы затвор электрычна ізаляваны, таму электроны, якія дасягаюць затвора, затрымліваюцца нават пасля зняцця напружання.Гэта абгрунтаванне энерганезалежнасці ўспышкі.Дадзеныя захоўваюцца ў такіх прыладах і не будуць страчаны нават пры адключэнні харчавання.
Згодна з рознымі нанатэхналогіямі, NAND Flash перажыў пераход ад SLC да MLC, а затым да TLC, і рухаецца да QLC.NAND Flash шырока выкарыстоўваецца ў eMMC/eMCP, U-дысках, цвёрдацельных назапашвальніках, аўтамабілях, Інтэрнеце рэчаў і іншых галінах дзякуючы сваёй вялікай ёмістасці і высокай хуткасці запісу.

SLC (англ. поўная назва (Single-Level Cell – SLC) – аднаўзроўневае сховішча
Асаблівасцю тэхналогіі SLC з'яўляецца тое, што аксідная плёнка паміж плаваючай засаўкай і крыніцай танчэйшая.Пры запісе даных назапашаны зарад можа быць ліквідаваны шляхам падачы напругі на зарад плаваючага затвора і праходжання яго праз крыніцу., гэта значыць толькі дзве змены напружання 0 і 1 могуць захоўваць 1 інфармацыйную адзінку, гэта значыць 1 біт/ячэйку, якая характарызуецца высокай хуткасцю, доўгім тэрмінам службы і высокай прадукцыйнасцю.Недахопам з'яўляецца нізкая магутнасць і высокі кошт.

MLC (поўная ангельская назва Multi-Level Cell – MLC) – шматслаёвае сховішча
Intel (Intel) упершыню паспяхова распрацавала MLC у верасні 1997 года. Яго функцыя складаецца ў тым, каб захоўваць дзве адзінкі інфармацыі ў Floating Gate (частка, дзе захоўваецца зарад у ячэйцы флэш-памяці), а затым выкарыстоўваць зарад розных патэнцыялаў (узровень ), Дакладнае чытанне і запіс праз кантроль напружання, які захоўваецца ў памяці.
Гэта значыць, 2 біт/ячэйка, кожны блок ячэйкі захоўвае 2-бітную інфармацыю, патрабуе больш складанага кантролю напружання, ёсць чатыры змены 00, 01, 10, 11, хуткасць звычайна сярэдняя, ​​тэрмін службы сярэдні, цана сярэдняя, ​​каля 3000—10000 разоў сцірання і запісу life.MLC працуе з выкарыстаннем вялікай колькасці класаў напружання, кожная ячэйка захоўвае два біта даных, а шчыльнасць даных адносна вялікая і можа захоўваць больш за 4 значэнні адначасова.Такім чынам, архітэктура MLC можа мець лепшую шчыльнасць захоўвання.

TLC (англ. поўная назва Trinary-Level Cell) - трох'яруснае сховішча
TLC складае 3 біты на клетку.Кожная ячэйка захоўвае 3-бітную інфармацыю, якая можа захоўваць на 1/2 больш дадзеных, чым MLC.Ёсць 8 відаў змены напружання ад 000 да 001, гэта значыць 3 біты/элемент.Ёсць таксама вытворцы Flash пад назвай 8LC.Неабходны час доступу больш, таму хуткасць перадачы ніжэй.
Перавага TLC у тым, што цана нізкая, кошт вытворчасці за мегабайт самы нізкі, і цана танная, але тэрмін службы кароткі, усяго каля 1000-3000 часу сцірання і перазапісу, але жорстка пратэставаны цвёрдацельны назапашвальнік TLC particles можа выкарыстоўваць у звычайным рэжыме больш за 5 гадоў.

QLC (поўная ангельская назва Quadruple-Level Cell) чатырохслаёвы назапашвальнік
QLC таксама можна назваць 4-бітным MLC, чатырохслаёвым сховішчам, гэта значыць 4 біты/ячэйка.Ёсць 16 змяненняў напружання, але ёмістасць можа быць павялічана на 33%, гэта значыць прадукцыйнасць запісу і тэрмін службы сцірання яшчэ больш зменшацца ў параўнанні з TLC.У канкрэтным тэсце прадукцыйнасці Magnesium праводзіў эксперыменты.Што тычыцца хуткасці чытання, абодва інтэрфейсу SATA могуць дасягаць 540 МБ/с.QLC горш паказвае хуткасць запісу, таму што час праграмавання P/E большы, чым у MLC і TLC, хуткасць ніжэй, а хуткасць бесперапыннага запісу складае ад 520 МБ/с да 360 МБ/с, выпадковая прадукцыйнасць знізілася з 9500 IOPS да 5000 IOPS, страта амаль паловы.

PS: Чым больш дадзеных захоўваецца ў кожным блоку Cell, тым вышэй ёмістасць на адзінку плошчы, але ў той жа час гэта прыводзіць да павелічэння розных станаў напружання, што цяжэй кантраляваць, таму стабільнасць чыпа NAND Flash становіцца горш, і тэрмін службы становіцца карацей, кожны са сваімі перавагамі і недахопамі.

(Тэрмін службы флэш-памяці NAND пры чытанні і запісе толькі для даведкі)
Няцяжка заўважыць, што прадукцыйнасць чатырох тыпаў флэш-памяці NAND адрозніваецца.Кошт адзінкі ёмістасці SLC вышэй, чым у іншых тыпаў часціц флэш-памяці NAND, але час захавання даных большы, а хуткасць чытання вышэй;QLC мае вялікую ёмістасць і меншы кошт, але з-за нізкай надзейнасці і даўгавечнасці Недахопы і іншыя недахопы ўсё яшчэ патрабуюць далейшай распрацоўкі.

З пункту гледжання сабекошту вытворчасці, хуткасці чытання і запісу і тэрміну службы ранжыраванне чатырох катэгорый наступнае:
SLC>MLC>TLC>QLC;
Цяперашнімі асноўнымі рашэннямі з'яўляюцца MLC і TLC.SLC у асноўным прызначаны для ваенных і карпаратыўных прыкладанняў, з высокай хуткасцю запісу, нізкім узроўнем памылак і доўгім тэрмінам службы.MLC у асноўным прызначаны для прыкладанняў спажывецкага класа, яго ёмістасць у 2 разы большая, чым SLC, недарагі, прыдатны для USB-флэш-назапашвальнікаў, мабільных тэлефонаў, лічбавых камер і іншых карт памяці, а таксама шырока выкарыстоўваецца сёння ў SSD спажывецкага класа .

Флэш-памяць NAND можна падзяліць на дзве катэгорыі: 2D-структура і 3D-структура ў адпаведнасці з рознымі прасторавымі структурамі.Транзістары з плаваючым затворам у асноўным выкарыстоўваюцца для 2D FLASH, у той час як 3D-флэш у асноўным выкарыстоўвае транзістары CT і плаваючы затвор.З'яўляецца паўправадніком, КТ з'яўляецца ізалятарам, абодва розныя па прыродзе і прынцыпе.Розніца:

2D структура NAND Flash
Двухмерная структура ячэек памяці размешчана толькі ў плоскасці XY чыпа, таму адзіны спосаб дасягнуць большай шчыльнасці ў адной і той жа пласціне з дапамогай тэхналогіі 2D флэш-памяці - гэта паменшыць вузел працэсу.
Недахопам з'яўляецца тое, што памылкі ў флэш-памяці NAND больш частыя для невялікіх вузлоў;акрамя таго, існуе абмежаванне на найменшы вузел працэсу, які можна выкарыстоўваць, і шчыльнасць захоўвання не высокая.

3D структура NAND Flash
Каб павялічыць шчыльнасць захоўвання, вытворцы распрацавалі тэхналогію 3D NAND або V-NAND (вертыкальны NAND), якая ўкладвае ячэйкі памяці ў Z-плоскасць на адной пласціне.

Ва флэш-памяці 3D NAND ячэйкі памяці злучаны як вертыкальныя радкі, а не як гарызантальныя радкі ў 2D NAND, і стварэнне такім чынам дапамагае дасягнуць высокай шчыльнасці бітаў для аднолькавай плошчы мікрасхемы.Першыя прадукты 3D Flash мелі 24 пласта.