硬盘nand数据看了这么多固态硬盘科普，终于真正搞明白TLC闪存和SLC缓存-快讯-上海羊羽卓进出口贸易有限公司

硬盘nand数据看了这么多固态硬盘科普，终于真正搞明白TLC闪存和SLC缓存

发布时间 : 2024-11-24

作者 : 小编

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看了这么多固态硬盘科普，终于真正搞明白TLC闪存和SLC缓存

除了极个别MLC和QLC型号，现在我们能够买到的固态硬盘基本都使用了TLC闪存，今天为大家介绍一些不为众人所知的TLC秘闻。

为什么TLC写入速度比较慢？

闪存用存储电子来记录和表达数据，存储电子的部件叫Floating Gate浮动栅极。通过在Control Gate控制栅极施加一个参考电压，并判断源极与漏极是否导通，就能判断浮动栅极中是否存储有电子，从而实现闪存中数据的读取。

东芝在1984年发明了NAND闪存，最早的NAND闪存属于SLC类型，即每个存储单元可以记录1比特数据。对于SLC闪存来说，闪存FT浮动栅极中有电子代表0，没有电子代表1。

闪存写入过程其实就是将一部分的1转换成0，即给FT浮动栅极"充入电子"。擦除过程就是将栅极的电子全部"放掉"，使它们变回1。

给栅极"充电"的过程需要分步进行，逐渐增加"阈值电压"，每进行一步就与预先定好的不同数据定义的分界线——"参考电压"进行一次对比。SLC的一个存储单元只需表达一个比特的数据，只要区分0和1就好，所以只需要用到一个参考电压。

而MLC闪存要表达2比特数据就需要区分11、01、00和10四种状态，用到四种参考电压。MLC闪存的写入过程因此变得比SLC慢许多。

到了TLC时代，每个存储单元需要记录3比特数据，二进制信息增加到8种，需要用到7种参考电压来隔离这8种状态。TLC的写入过程也就需要更多次的比对和确认，写入速度随之降的更低了。

为什么只有SLC缓存而没有MLC缓存？

pSLC Mode是将部分TLC闪存单元当作SLC使用，从而大幅提升短时突发写入速度的技术。同样的，将TLC临时当作MLC来操作就是pMLC mode。不过pMLC Mode很少被人提起，这是因为它看起来不如pSLC那样划算，下图是某闪存在不同模式下的数据指标：

虽然把TLC模拟成更高级的闪存使用能够缩短读取和写入所需时间，但每个闪存单元能容纳的数据也变少了，综合之后pMLC甚至有可能不如TLC读写速度快。不过pMLC的出错率较低，可以适应那些纠错能力比较低的闪存控制器，应用在部分工业用途当中。

3D堆叠有没有解决TLC的难题？

过去平面闪存使用FT浮动栅极层作为电子的容器，当代3D闪存主要使用CT电荷捕获层存储电子。下图是平面闪存与东芝BiCS三维闪存的结构对比：

由于BiCS结构增大了存储单元间隔，就可以增大单次编程序列的数据量来提升写入速度。同时，由于读写干扰降低，闪存数据出错率下降，BiCS也带来更高的写入/擦除循环次数，也就是我们平时说的"写入寿命"。

TLC写入速度的增长还可通过结构改进升级

TLC写入速度方面的短板主要依靠提升并发度来实现。目前一个闪存die通常具备两个Plane平面：

东芝计划在下一代BiCS5 96层堆叠3D闪存中将平面数量提高到4个，从而令闪存写入速度翻倍。

科技一直在进步，TLC虽然不美好，但似乎也没那么糟糕。

IT之家 6 月 18 日消息，三星半导体近日在技术博客介绍了搭载其目前最新 QLC 闪存（v7）的下一代数据中心级固态硬盘 BM1743。

▲ 三星 QLC 数据中心级固态硬盘 BM1743

根据 TrendForce 集邦咨询 4 月的说法，在 QLC 数据中心级固态硬盘领域，仅有深耕多年的三星和 SK 海力士旗下 Solidigm 在当时通过了企业客户验证。

相较上代 v5 QLC V-NAND（IT之家注：三星 v6 V-NAND 无 QLC 产品），三星 v7 QLC V-NAND 闪存在堆叠层数方面几乎翻了一倍，存储密度也大幅提升 。

同时 v7 QLC V-NAND 的顺序读写性能至少是此前的两倍，随机读取速度更达到了 4 倍 。

这意味着 BM1743 可提供远超过基于 v5 QLC V-NAND 的上代数据中心 QLC 固态硬盘 BM1733a 的容量和性能，满足数据中心对更优秀存储的需求。

BM1743 包含 U.2 和 E3.S 两种外形规格，其中 U.2 版本支持 PCIe 4.0，容量可达 61.44TB，拥有进一步扩展至 122.88TB 的潜力，而 E3.S 版本可支持 PCIe 5.0 。

作为对比，BM1733a 仅支持 PCIe 3.0，最大容量也仅有 15.36TB，即 61.44TB 的四分之一。

而在可靠性方面，BM1743 的写入耐久为 0.26DWPD，断电数据保持时间为 3 个月；BM1733a 的这两项数据分别为 0.18DWPD 和 1 个月。

BM1743 的 2.5 英寸 U.2 版本具体性能如下：

顺序读取顺序写入随机读取随机写入7200MB/s2000MB/s1600K IOPS110K IOPS

三星半导体表示，用户既可以直接在现有 PCIe 3.0 环境使用 BM1743，享受其更低的 TCO 成本；

也可充分利用 BM1743 支持 PCIe 4.0 带来的提升，降低读取任务响应时间，提升 AI 负载处理能力；

而 BM1743 E3.S 版本对 PCIe 5.0 的支持则将为数据中心带来更大的性能优势。