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nand 闪存 slc mlc 被SLC，MLC，TLC搞晕？一文了解所有闪存类型

发布时间 : 2024-10-10

作者 : 小编

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被SLC、MLC、TLC搞晕？一文了解所有闪存类型

通常情况下，固态硬盘(SSD)的底层NAND架构会因模型而异。NAND 闪存的每种类型——SLC、MLC、eMLC和TLC——都有不同的特性，并因此对您的数据存储产生不同的影响，在这篇文章中，我们会讨论这些差异。

目前，闪存可以说彻底改变了企业数据存储，与机械硬盘(HDD)相比，SSD封装使存储子系统和阵列能够提供出色的应用性能，并能在业务分析和其他工作负载下快速工作。在个人电脑和移动设备中，闪存能够加速应用程序启动时间和加速数据传输。

而且由于闪存没有可移动部件，所以SSD几乎不容易受到突然移动和物理冲击的伤害。另外还有一个优势是，它们也比HDD耗电更少。

有一个缺点是，尽管删除、压缩和其他数据管理技术可以帮助企业充分利用其闪存投资，但SSD在每GB的成本上往往高于HDD。

NAND闪存类型

NAND闪存是用于SSD和存储卡的一种非易失性存储体系结构。它的名字来源于逻辑门(NOT-AND)，用于确定数字信息如何存储在闪存设备的芯片中。

·SLC

SLC(Single-Level Cell，单层单元)SSD在每个单元中存储一个Bit，这种设计提高了耐久性、准确性和性能。对于企业的关键应用程序和存储服务，SLC是首选的闪存技术。当然，它的价格最高。

·MLC

考虑到闪存的消费级特性，MLC(Multi-Level Cell，多层单元)架构可以为每个单元存储2个Bit。尽管在存储单元中存储多个Bit似乎能够很好地利用空间，在相同空间内获得更大容量，但它的代价是使用寿命降低，可靠性降低。相对而言，MLC SSD使得在PC和笔记本电脑上增加闪存成为可能。

·eMLC

eMLC(Enterprise Multi-Level Cell，企业多级单元)是MLC NAND 闪存的一个“增强型”的版本，它在一定程度上弥补了SLC和MLC之间的性能和耐久差距。eMLC驱动器比MLC驱动器贵，但比SLC驱动器便宜得多。尽管每个单元仍然存储2个Bit，但eMLC驱动器的控制器管理数据放置、磨损均衡和一些其他存储操作延长了eMLC SSD的使用寿命。

·TLC

最便宜的是TLC(Triple-Level Cell，三层单元)NAND闪存，每个单元存储3比特，通常用于性能和耐久性要求相对较低的消费级电子产品。最适合于包含大量读取操作的应用程序，基于TLC的存储组件很少在业务环境中使用，但是闪存体系结构的最新改进，包括3D NAND(稍后将详细介绍)、持久增强的数据放置和错误纠正技术，使该技术在读密集型企业存储应用程序中占有了一席之地。

SLC、MLC、eMLC和TLC如何选择

下面我们将告诉大家如何判断闪存驱动器是否适合预期的工作负载或用例，包括从企业级到消费者端。在下面的图表中，写入/擦除(PE)周期用来衡量NAND 闪存可以支持多少读和写操作。虽然它们没有机械部件可以磨损，但SSD驱动器仍然存在有限的使用寿命。

每种类型的NAND闪存都有不同的使用寿命，这意味着它会在SSD降级并最终失效之前提供有限数量的P/E周期。当然，除了制造缺陷，电力激增或其他灾难性的破坏可能导致SSD的失效。这是决定SSD支持的存储工作负载和应用程序类型的主要影响因素。

NAND VS 3D NAND

为闪存市场带来突破的最大创新之一是3D NAND或V-NAND。顾名思义，它使用堆叠架构在SSD中安置内存单元，而不是过去平面排列的方法。

实际上，与2D NAND相比，这种架构使供应商能够以更低的成本，将更多的容量压缩到更小的物理空间中。它还能提供更快的速度、更长的使用寿命和更低的功耗。现在大多数主要SSD供应商都提供3D NAND SSD。

如何选择SLC、 MLC和TLC SSD

从经验上看，希望获得最好性能SSD的买家，会在SLC上投入比eMLC、MLC和TLC更多的钱。不过，价格不能决定一切。

当你想最大限度地利用你的存储空间时，有很多因素需要考虑。SLC SSD对于需要快速、可靠性能的关键应用程序工作负载和24×7数据库是有意义的。当然，并不是每个工作负载都需要极高的速度和性价比。

想要快速的性能，但不期望对存储系统造成持续的压力?eMLC甚至MLC都可能是最好的选择。在PC中，相对于HDD，SSD三个字母就代表着性能提升。

所以，看起来很明显。SLC用于要求较高的企业应用程序，其次是eMLC、MLC和TLC，因为性能和可靠性要求降低了。

不过NAND闪存也在不断进化，现在对于大容量SSD来说，使用MLC甚至TLC闪存是非常标准的。在企业用例中，MLC可以说和SLC一样好。

QLC NAND逐渐进入主流

SSD制造商并没有止步于TLC。英特尔、美光科技和西部数据正致力于将QLC(Quad-Level Cell，四层单元)NAND技术引入数据中心。

2018年5月，英特尔和美光发布了第一款可商用的QLC 3D NAND芯片，其存储容量远远超过TLC NAND闪存。通过引入64-层4Bit/单元NAND闪存技术，与TLC相比阵列密度高出33%。据了解，英特尔、美光都已推出了QLC 3D NAND闪存产品，这种产品将在大数据等类似应用中发挥很大的作用。

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一文让你看懂三星第五代V-NAND技术

转自天极网

今年1月底，三星电子又发大招，推出采用第五代V-NAND技术的SSD产品——三星970 EVO Plus SSD。事实上，随着新一代3D NAND技术的不断成熟，速度更快的NVMe协议的SSD固态硬盘已经成为市场主流。

以前，我们见过的闪存多属于Planar NAND平面闪存，3D闪存则是立体堆叠的。打个比方，如果说普通NAND是平房，那么3D NAND则是高楼大厦。简单说，在3D NAND领域，谁堆叠的层数多，谁的产品性能就更先进。

众所周知，平面NAND闪存不仅有SLC、MLC和TLC类型之分，而且为进一步提高容量、降低成本，NAND的制程工艺不断进步。虽然更先进的制程工艺带来了更大的容量，但容量提升、成本降低的同时可靠性及性能都在下降。

与之相比，为提高NAND的容量、降低成本，存储厂商只需要堆叠更多的层数即可。

据悉，2bit MLC每cell单元存储2bit数据只需要一两打电子，3bit MLC(也就是TLC)的每个cell单元储存。随着制程工艺的不断革新，cell单元之间的干扰现象越来越严重。

三星的V-NAND不再追求缩小cell单元，而是通过3D堆叠技术封装更多cell单元，实现容量增多的目的。

传统上，SSD中使用的是浮栅极MOSFET(Floating gate MOSFET)，电子储存在栅极中，它相当于一个导体。这种晶体管的缺点是写入数据时，栅极与沟道之间会形成一次短路，这会消耗栅极中的电荷。

即每次写入数据，都要消耗一次栅极寿命。一旦栅极中的电荷没了，cell单元就相当于挂了，无法存储数据。

三星V-NAND闪存放弃浮栅极MOSFET，使用电荷攫取闪存(charge trap flash，简称CTF)设计。每个cell单元看起来更小了，但里面的电荷是储存在一个绝缘层而非之前的导体上，理论是没有消耗的。这种更小的电荷有很多优点，比如更高的可靠性、更小的体积。

据了解，使用CTF结构的V-NAND闪存被认为是一种非平面设计，绝缘体环绕沟道(channle)，控制栅极又环绕着绝缘体层。这种3D结构设计提升了储存电荷的的物理区域，提高了性能和可靠性。

相比传统的FG(Floating Gate，浮栅极)技术,三星NAND的电荷撷取闪存(charge trap flash，简称CTF)技术难度更小一点，因此这有利于加快产品量产。

目前，三星的3D V-NAND存储单元的层数(Layer)由2009年的2-layer逐渐提升至24-layer、64-layer，再到2018年的96-layer(层)。

参考资料：

1. https://zhuanlan.zhihu.com/p/21967038

2. https://zhuanlan.zhihu.com/p/48579501

3. https://news.mydrivers.com/1/273/273419.htm

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