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nand擦写原理只有35次完全擦写的PLC闪存SSD：入坑需谨慎

发布时间 : 2024-11-24

作者 : 小编

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只有35次完全擦写的PLC闪存SSD：入坑需谨慎

目前在存储领域，毫无疑问人气最火爆的产品自然是SSD，和机械硬盘相比，SSD拥有许多得天独厚的优势，包括超高的速度，碾压般的4K随机读写以及并行访问能力，而机械硬盘由于结构的限制，已经来到了极限，基本上不会有什么新的进步。

看起来机械硬盘就该从这个世界上被历史所淘汰，然而目前随着闪存颗粒的密度越来越大，一个致命性的问题就此显现，那就是闪存颗粒的寿命，随着PLC颗粒的来临，超低寿命的NAND闪存终于成为消费者不得不注意和避免一个天坑。

闪存颗粒有哪些？

在消费者对PLC闪存进行口诛笔伐之前，我们还是先来看一下NAND闪存的类型，也就是从初代的SLC一直到PLC，它们究竟代表什么意思？

所谓的SLC、MLC、TLC、QLC的PLC，指的都是固态硬盘所采用的闪存类型。从原理上说，这些闪存的每个cell单元分别能存放1、2、3、4、5位电荷，换句话来说那就是单位密度的闪存随着闪存类型的不同呈现越来越大的趋势，比如说早期SLC SSD尽管在颗粒上十分地稳定，但是价格也是相当地昂贵，而且容量也小得多。

而现在随着TLC闪存的到来，单位体积的闪存密度成倍提升，从而让大容量闪存逐渐来到消费者的面前，要是同样的容量采用的是SLC闪存，或许现在的SSD其售价就要增加3-4倍之多。也就是说正是因为像TLC闪存这样的产品普及，我们才能使用到物美价廉的SSD，于是目前绝大部分的SSD都采用TLC闪存，目前看来是维系容量与售价之间最好的选择之一。

PLC闪存为何不给力？

之前我们说到，既然PLC闪存能够在单位空间内大幅增加闪存的密度，从而降低SSD的成本，那大家都使用PLC闪存不就好？大家都可以享受1元2GB的SSD，不是对消费者很有利吗？显然不是的，在你享受一方便利的同时，势必要降低部分的体验，而这种体验在NAND闪存颗粒上面同样成立。之前说过，PLC闪存颗粒能够在单位cell上存储五位的电荷，从而提升闪存密度，预计存储密度能够达到现有的1.9倍。但是由于电荷数目的增多，管理起来却愈发地困难，从而降低闪存的稳定性以及可擦写次数，同时写入速度也将降低。

衡量SSD寿命的一个重要参数便是P/E，1次P/E是指与硬盘容量等量的完全写入。在TLC还没有成为SSD主流之前，大部分的SSD还是采用MLC的闪存颗粒，虽然在价格上比较昂贵，但是性能确没的说，寿命也可以达到上万次的P/E，也就是说到电脑淘汰的日期，SSD损坏的概率也是相当地低，几乎等于没有。当时TLC取代MLC从而导致SSD损坏的说法也是接连不断，TLC也因此遭到大部分消费者的反对，随后厂商进行科普，表示他们通过某些技术让TLC闪存的寿命得到大幅的提升，事实上TLC闪存也拥有上千次的擦写次数，虽然比起MLC少很多，但是至少也可以用到电脑淘汰，而且消费者也没得选择，于是现在TLC闪存成为绝大部分SSD的标配。

然而到PLC闪存这种论调又开始老调重弹，不过这一次为什么说PLC闪存十分地坑人呢？原因是PLC闪存的理论的寿命实在是太低，如果说从1万次到2500次大家感知不强的话，那么从上千次直接跳到数十次，或许就会影响到绝大部分消费者的正常体验。根据行业的相关报道，最高端的SLC闪存拥有超过11000次的P/E，而MLC也有10000次，至于TLC虽然跟前面有一定的差距，但是也可以达到2500次。

然而到PLC阶段，闪存的寿命却急剧下降，即使是最老的5Xnm制程也只有400次，而现在更为致命的是为降低成本，厂商会使用更新一代的制程，再一次降低闪存的使用寿命，按照现有的技术计算，在1Xnm工艺制程下，PLC闪存仅有35次P/E，按照2TB的容量进行计算，也就是说这块硬盘的使用寿命仅有70TB，之后的数据安全就不保证，显然对于将系统盘拷入到SSD去，同时需要频繁写入和读取的消费者来说，这显然是不可接受的。同时相比较TLC闪存，PLC闪存在性能上也有较大程度的下降，同样让人难以接受。

3D NAND技术治标不治本

那么针对QLC与PLC这样降低SSD成本但是大幅降低闪存寿命的情况，厂商们究竟还有没有办法去解决呢？要是真的未来推出只有35层P/E的PLC闪存，恐怕消费者的投诉将会挤爆厂商们的邮箱。

针对这个问题，厂商们推出3D NAND闪存技术。和传统的2D NAND闪存相比，3D NAND可带来更好的性能，更低的成本以及更高的密度。目前由于技术的限制，2D NAND闪存的密度已经达到一个瓶颈，而3D NAND闪存的推出可以使得颗粒能够进行立体式的堆叠，从而解决由于晶圆物理极限而无法进一步扩大单颗芯片可用容量的限制。此外3D NAND技术对于闪存颗粒的制程并不是很敏感，因此即使采用1Xnm制造工艺，其P/E仍然不会有较大的变化。然而就像是之前所说的一样，PLC的物理架构决定即使处于最出色的环境也仅有400次的P/E次数，远远不及TLC闪存，更不用说MLC闪存，因此3D NAND在PLC闪存上的应用只能是治标不治本的办法。

PLC未来不明朗，购买TLC SSD有备无患

存储系统的担忧对于消费者来说是天经地义的，毕竟谁也不想花费几百上千去买个没有多多少寿命的产品，甚至和硬盘相比，里面存储的数据和资料才是最为重要的。而对于硬盘厂商来说，它们对于硬盘品控和性能的追求比消费者更加急迫，如果一款硬盘的性能不尽如人意的话，那么最终损害的还是厂商自己的口碑。

除了3D NAND闪存之外，未来厂商还将通过很多手段去增加和延缓PLC闪存的使用寿命，比如说将其提升至1000次的P/E，或者降低写入的数据量，或者采用更新的闪存架构，至少等到市面上大规模普及PLC闪存，相对应的技术应该已经成熟。然而想要实现这种场景还需要比较长的一段时间，目前即使是QLC闪存也没有大规模铺张，更不用说PLC闪存。因此为确保数据的稳定以及性能的充分发挥，目前取得容量与性能之间较好平衡的TLC闪存才是最适合普通消费者的，当然MLC闪存更加出色，只是对于消费者来说，MLC闪存由于其高昂的价格可望而不可求。

而PLC闪存，在目前这个节点上，显然是不值得推荐的，当然未来PLC闪存成为大号U盘的可能性也十分的低，不过等到你手中的TLC因为容量或者寿终正寝之时，估计业界也已经推出比SSD更加先进的存储办法。

NAND闪存这些年：QLC也没那么脆弱

NAND Flash是目前最常见的存储芯片，当其存储密度不断提升的同时，成本也会变得越来越敏感，因为Flash闪存的成本取决于其芯片面积，所以如果可以在同一区域存储更多数据，Flash将更具成本效益。

我们都知道固态硬盘采用闪存颗粒NAND Flash作为存储介质，所以它是固态硬盘中最重要的构成部分，其好坏也就决定着固态硬盘质量的好坏，而我们目前常见的NAND闪存主要有四种类型：Single Level Cell（SLC），Multi Level Cell（MLC）和Triple Level Cell（TLC），还有一种尚未大规模普及的QLC。

860 QVO

现在我们来认识下SLC、MLC、TLC、QLC

不难理解，MLC Flash是可以在与SLC相同的区域中存储更多的数据，同上，TLC则是在相同的区域内能比MLC存储更多的数据，而QLC则是比TLC能存储更多的数据。

区别

在SLC闪存中，每个存储单元仅存储一位信息，这使得读取单元格更快捷，因为磨损的影响小这也增加了单元的耐久性，进而增加了寿命，但其单元成本较高；MLC闪存每个存储器单元存储两位信息，读取速度和寿命都低于SLC，但价格也便宜2到4倍；MLC闪存的低可靠性和耐用性使它们不适合企业应用，创建了一种优化级别的MLC闪存，具有更高的可靠性和耐用性，称为eMLC；TLC Flash每个存储器单元存储3位信息，优势在于成本与SLC或MLC闪存相比要低得多，较适合于消费类应用，而到QLC Flash则是每个存储器单元能够存储4位信息以存储更多的信息，寿命也会相应低于TLC。

3D NAND助力QLC普及

说到这里就不得不提3D NAND，它的原理就是通过在同一晶片上垂直堆叠多层存储器单元，所以能够实现更大的存储密度。

第一批3D Flash产品有24层。随着该技术的进步，已经制造出32,48,64甚至96层3D闪存。3D闪存的优势在于同一区域中的存储单元数量明显更多。这也使制造商能够使用更大的制程工艺节点来制造更可靠的闪存。

3D NAND

一般来说，厂家为了更大的存储容量会使用更先进的制程工艺提升单位面积的存储容量，但由于闪存独特的电子特性，制程工艺越先进，寿命也就会越短，所以TLC在发展过程中会遇到寿命问题，但由于3D NAND是利用了垂直空间，提升容量。所以厂商没有必要使用更先进的制程工艺，转而使用更为老旧的制程工艺保证TLC的寿命，然后通过3D NAND增加容量。

在主要的NAND厂商中，三星是最早量产了3D NAND，其他几家公司在3D NAND闪存量产上要落后三星至少2年时间，在3D NAND路线上，三星也研究过多种方案，最终量产的是VG垂直栅极结构的V-NAND闪存，目前已经发展了五代V-NAND技术，堆栈层数从之前的64层提高到了90层以上，TLC类型的3D NAND核心容量更大，目前最新的技术在自家的860及970系列SSD上都有使用。

860 QVO

QLC能够迅速落地，有如此成就离不开3D NAND技术的发展，正是如此，借助3D NAND技术，QLC才能够实现1000PE的寿命，目前能够推出QLC的厂商，也都是通过3D NAND实现的。大家对QLC的最大焦虑就是寿命，真正了解QLC以后，自然会消除焦虑，目前已经有多家厂商对外表示自家3D QLC闪存的可擦写寿命为1000PE。

三星第五代V- NAND技术已经足够成熟，再配合以QLC闪存这也就使得固态硬盘在容量上轻松步入TB时代，三星作为全球领先的闪存厂商，去年首发采用QLC闪存的SATA SSD,860QVO就已经能够实现单颗1TB的闪存颗粒，目前发售的版本最高甚至可以达到4TB，这也意味着SSD进入TB级时代。

QLC+3D NAND带来更多可能

NAND闪存已经进入3D NAND时代了，在2D NAND闪存时代，厂商为了追求NAND容量的提升，需要不断提升NAND制程工艺，但在3D NAND时代，提升NAND容量靠的不是微缩制程工艺了，而是靠堆栈的层数，所以工艺变得不重要了，比如三星最初的3D NAND闪存使用的还是40nm工艺，可靠性要比20nm、10nm级工艺高得多。

由于TLC问世于2D NAND闪存时代，所以遭遇了诸多寿命、性能上的考验，最初发布的TLC闪存P/E寿命只有100-150次，但是随着NAND技术的进步、纠错技术的改良，P/E寿命不断提升，从TLC闪存的进阶之路我们便不难看出这个道理，所以这个发展之路对于QLC闪存同样适用。

任何新技术的普及都不是一帆风顺的，所以大家对QLC闪存的寿命担心也很正常，从内部结构来看，确实QLC闪存的寿命要低于TLC，但现在3D NAND时代的QLC闪存在可靠性上跟2D NAND时代的TLC、QLC完全不同，P/E寿命不是问题，目前主流的QLC闪存P/E已经能够达到将近1000，并不比TLC闪存差多少。

连续读写

三星作为全球主要的闪存厂商，新技术一直领先于市场，我们目前已经能够看到消费级的QLC闪存硬盘860QVO，而且三星为其提供了3年时间的质保或者1440TBW的总写入，且连续读写测试能达到跟TLC同级的水平，大约写入100GB时速度下降为100MB/s，但这依旧要远远高于机械硬盘的速度。

QLC闪存现在能够问世从根本上来说是市场需要，我们都知道内存的速度要比SSD快，但是SSD又要比机械盘快，性能虽然逐渐降低，但是换来的是更大的容量，所以随着技术发展势必会有TB级起步的超大容量SSD来取代机械硬盘的位置，而历史将这个任务交给了QLC闪存。

QLC闪存时代已经来临

由于内部架构原因，QLC闪存读写速度要低于TLC闪存，但是要远远高于机械硬盘，并且拥有同等TB级的容量，随着5G逐渐进入商用，我们个人的存储需求势必进一步加大，有不少科研机构预计了我们未来的硬盘使用场景，未来更可能是以500GB左右的TLC或者MLC闪存盘来做系统主盘，用2T或者更大的QLC闪存盘当做仓库盘这样便能完美的发挥各自优点，避开不足。

可以说QLC闪存的时代已经来了，三星QLC闪存已经开始出货，我们在电商平台已经可以看见三星的860QVO在出售，最高容量可以支持4TB，很明显QLC闪存最大的优势是能够实现更大的容量，无论是消费级还是企业级，而这靠TLC是无法实现的。

与机械盘相比，无论是连续读写、随机读写亦或是功耗和噪音它都是完全胜出，所以取代机械硬盘应该只是时间问题了。

完

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NAND闪存这些年：QLC也没那么脆弱

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