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3d nand存储量 MLC与TLC同根生，Intel 3D NAND技术大揭秘

发布时间 : 2025-02-24

作者 : 小编

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MLC与TLC同根生，Intel 3D NAND技术大揭秘

现在每一个闪存厂家都在向3D NAND技术发展，我们之前也报道过Intel 3D NAND的一些信息，昨天5月14日，Intel & Richmax举办了一场3D Nand Technical Workshop技术讲解会，在会议上Intel的技术人员给在场人员具体的讲解了Intel 3D NAND的计划以及一些技术上的细节。

3D NAND的好处自然就是能够比现在的闪存提供功能大的存储空间，存储密度可以达到现有闪存的三倍以上，未来甚至可以做出10TB以上的2.5寸SSD出来。另外还有一个重要特性，就是（每单位容量）成本将会比现有技术更低，而且因为无需再通过升级制程工艺、缩小cell单元以增加容量密度，可靠性和性能会更好。

Intel在现在2D NAND时代是没有做TLC闪存的，但是在即将到来的3D NAND时代，Intel将推出自己的TLC闪存，另外还有一个非常重要的就是，TLC与MLC其实都是同一块芯片，这点和现在三星的3D NAND差不多，Intel的客户可以根据自己的需求选择闪存是工作在MLC模式还是TLC模式。在MLC模式下每Die容量是256Gb，而TLC模式下每Die容量是384Gb。

Intel 3D NAND目前会使用32层堆叠，电荷存储量和当年的50nm节点产品相当，第二第三代产品依然会保持这样的电荷量，以保证产品的可靠性，会议上并没有明确说明3D NAND到底是使用那种工艺，只说了用的是50nm到34nm之间的工艺。

Intel的3D NAND代号是L06B/B0KB

L06B是MLC产品的代号 ，采用ONFI 4.0标准，Die Size 32GB，16k Page Size，使用4-plane设计，虽然会带来额外的延时，但同时也提供了比目前常见的2-plane设计闪存高1倍的读写吞吐量，闪存寿命是3000 P/E。

B0KB则是TLC产品的代号 ，由于是同一芯片所以许多东西都是L06B一样，当然容量、性能与寿命什么的肯定不同，Die Size 48GB，闪存寿命是1500 P/E，由于是TLC所以需要ECC标准是更高的LDPC。

Intel 3D NAND全部会使用132-Ball BGA封装，L06B可以从256Gb（32GB）到4096Gb（512GB）的产品，具体的请看上表，不过这款闪存的CE数其实是可以调的，这样可以更容易的做出更大容量的SSD。

闪存有三种工作模式

MLC工作的模式有2-pass和1-pass两种编程模式，默认的是2-pass编程模式，第一次编程lower page的数据写入到NAND阵列里面，而第二次编程则会把upper page的数据写入。

而1-pass编程模式的意思当然就是指一次编程就把lower page与upper page的数据都写入到NAND阵列里面，这样可以节省15%的编程时间，但是用这种算法的话闪存寿命会比两步编程模式时低一些，低多少并没有具体说明。

而TLC的编程算法则要复杂很多了，第一步和MLC的一步编程模式相类似，就是直接把lower page与upper page一齐写入到NAND阵列里面，第二步则是写入extra page的数据，由于算法复杂，第二部编程时需要对数据进行ECC校验。

上面所说闪存的2-pass MLC、1-pass MLC与TLC工作模式是可以用使用指令随时切换的，这对厂家来说闪存的使用会变得非常灵活，当然了产品的用户是不能这样乱改工作模式的。

至于Intel的3D NAND什么时候会开始供应，今年Q3中旬会开始相各个合作伙伴提供测试样品，MLC/TLC的都有，2015年Q4末开始大规模供货，产品的定价会根据那时的市场情况再决定。

3D NAND究竟是什么？

固态硬盘凭借出众的性能和日益下降的价格，逐步成为电脑存储的主流设备。

但是在选择固态硬盘时，我们常常会碰到大量的技术名词——例如近些年市场上热议的3D NAND技术——令人一头雾水，不知所措。

不如，今天我们就来琢磨琢磨，3D NAND到底是个啥？

NAND的存储原理

SSD使用NAND存储颗粒进行数据存储，根据存储方式不同，分为SLC、MLC和TLC，按每个存储单位可存储数据的多少排序即TLC > MLC > SLC，但是从可靠性和性能角度上来讲结果则完全相反。

因此早期SLC多用于价格昂贵的企业级SSD，MLC、TLC则更多用于消费级SSD，只不过前者更受发烧友的欢迎，后者更适合普通用户。

但无论使用哪种存储方式，数据存储的物理原理都是相同的——NAND颗粒借助绝缘层存储数据，在写入数据时需要给存储单元施加一定的电压以形成电场，这样电子就可以穿过绝缘层进入存储单元，完成数据写入的动作。

随着数据写入和擦除次数的增多，作为绝缘层的硅氧化物会产生损耗，每产生一次电子穿越，该氧化层都会变薄一点直至彻底失效。

由于TLC单个存储单元存储的数据量是SLC的3倍（3bit），需要使用8个电压的电平状态来控制，因此对氧化层的退化会更加敏感，这导致传统TLC单元的擦写次数仅为2000次左右，而MLC则可以达到5000次以上，SLC更是能达到10万次。

另外，由于TLC需要不断切换不同电压来发现存储器的记录状态，因此性能方面TLC也比不上MLC和SLC。

2D NAND和3D NAND

传统的存储单元是平铺在硅基片上的，这样的技术也被称为2D NAND，即在一个平面上设计电路。就像我们过去的平房，每一套房子都是一个存储数据的单元。

如果我们想在相同的面积上增加存储量，就需要增加存储单元的数量，也就是增加单位面积下的房子的数量。为此我们就需要把大户型改为小户型，宽马路改成窄马路，厚厚的水泥墙改成薄薄的小土墙。

随着技术工艺的提高，我们已经可以建更小的房子、更薄的墙，但是就像前面所说更薄的氧化层会让SSD存储单元的寿命进一步缩短，甚至达到失去应用价值的地步。这对矛盾导致SSD在保证寿命的情况下，存储容量无法大幅提升。

为了解决这个问题，3D NAND存储技术应运而生了。

所谓3D，就是将存储单元以层的形式叠起来，变成立体结构，将之前的平房改建成了楼房。这样就能在不降低绝缘层厚度的情况下容纳下更多的存储单元，达到提高存储密度的目的。

随着技术的进步，堆叠层的数量也在大幅提高，例如64层的堆叠，容量可以达到1920GB。

3D NAND的优势

传统的TLC颗粒存在耐久性差和读写速度慢的问题，因此大家更倾向于选择使用MLC颗粒的固态硬盘。但是在3D NAND的加持下，这一情况被彻底改变。

多层结构的3D NAND能够使用更老的制程——也就是能用更厚的墙——使得3D TLC也拥有了更强的耐久性，可擦写次数已经能够达到20,000次，超过传统的2D MLC。

在实验室条件下，2D NAND经历300次的擦写循环后，数据保存性能就会衰减到一年，而3D NAND则将这一成绩提升至10年。在过去2D TLC的写入速度比2D MLC低25%左右，但是在3D TLC时代，这一情况被彻底逆转，3D TLC写入时间比2D TLC少了50%，已经成功超越2D MLC。

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