Izprotiet atšķirību starp dažādām NAND Flash SLC, MLC, TLC, QLC SSD mikroshēmām

Pilns NAND Flash nosaukums ir zibatmiņa, kas pieder nepastāvīgai atmiņas ierīcei (Non-volatile Memory Device).Tas ir balstīts uz peldošo vārtu tranzistora dizainu, un lādiņi tiek nofiksēti caur peldošajiem vārtiem.Tā kā peldošie vārti ir elektriski izolēti, elektroni, kas sasniedz vārtus, tiek iesprostoti pat pēc sprieguma noņemšanas.Tas ir zibspuldzes nepastāvības pamatojums.Dati tiek glabāti šādās ierīcēs un netiks zaudēti pat tad, ja tiek izslēgta strāva.
Saskaņā ar dažādām nanotehnoloģijām NAND Flash ir piedzīvojis pāreju no SLC uz MLC un pēc tam uz TLC, un virzās uz QLC.NAND Flash tiek plaši izmantots eMMC/eMCP, U diskā, SSD, automobiļos, lietiskajā internetā un citās jomās, pateicoties tā lielajai ietilpībai un ātrajam rakstīšanas ātrumam.

SLC (angļu pilns nosaukums (Single-Level Cell — SLC) ir viena līmeņa krātuve
SLC tehnoloģijas iezīme ir tāda, ka oksīda plēve starp peldošajiem vārtiem un avotu ir plānāka.Rakstot datus, saglabāto lādiņu var novērst, pieliekot peldošo vārtu lādiņam spriegumu un pēc tam izejot cauri avotam., tas ir, tikai divas sprieguma izmaiņas 0 un 1 var saglabāt 1 informācijas vienību, tas ir, 1 bitu uz šūnu, kam raksturīgs ātrs ātrums, ilgs kalpošanas laiks un spēcīga veiktspēja.Trūkums ir tas, ka jauda ir zema un izmaksas ir augstas.

MLC (angļu pilns nosaukums Multi-Level Cell — MLC) ir daudzslāņu krātuve
Intel (Intel) pirmo reizi veiksmīgi izstrādāja MLC 1997. gada septembrī. Tā funkcija ir saglabāt divas informācijas vienības peldošajos vārtos (daļa, kurā lādiņš tiek glabāts zibatmiņas šūnā) un pēc tam izmantot dažādu potenciālu lādiņu (līmenis). ), Precīza lasīšana un rakstīšana, izmantojot atmiņā saglabāto sprieguma kontroli.
Tas ir, 2 biti/šūnā, katra šūnas vienība glabā 2 bitu informāciju, nepieciešama sarežģītāka sprieguma kontrole, ir četras izmaiņas 00, 01, 10, 11, ātrums kopumā ir vidējs, kalpošanas laiks ir vidējs, cena ir vidēja, aptuveni 3000–10 000 reižu dzēšanas un ierakstīšanas ilgums. MLC darbojas, izmantojot lielu skaitu sprieguma pakāpju, katrā šūnā tiek glabāti divi datu biti, un datu blīvums ir salīdzinoši liels un vienlaikus var saglabāt vairāk nekā 4 vērtības.Tāpēc MLC arhitektūrai var būt labāks uzglabāšanas blīvums.

TLC (angļu pilns nosaukums Trinary-Level Cell) ir trīs līmeņu krātuve
TLC ir 3 biti uz vienu šūnu.Katra šūnas vienība saglabā 3 bitu informāciju, kas var uzglabāt par 1/2 vairāk datu nekā MLC.Ir 8 veidu sprieguma izmaiņas no 000 līdz 001, tas ir, 3 biti uz šūnu.Ir arī Flash ražotāji, ko sauc par 8LC.Nepieciešamais piekļuves laiks ilgāks, tāpēc pārsūtīšanas ātrums ir lēnāks.
TLC priekšrocība ir tā, ka cena ir lēta, ražošanas izmaksas par megabaitu ir viszemākās, un cena ir lēta, bet kalpošanas laiks ir īss, tikai aptuveni 1000-3000 dzēšanas un pārrakstīšanas mūžs, bet stipri pārbaudītās TLC daļiņas SSD var normāli lietot ilgāk par 5 gadiem.

QLC (angļu pilns nosaukums Quadruple-Level Cell) četrslāņu uzglabāšanas vienība
QLC var saukt arī par 4 bitu MLC, četru slāņu atmiņas vienību, tas ir, 4 biti uz šūnu.Spriegumā ir 16 izmaiņas, bet jaudu var palielināt par 33%, tas ir, rakstīšanas veiktspēja un dzēšanas ilgums tiks vēl vairāk samazināts, salīdzinot ar TLC.Īpašajā veiktspējas testā Magnijs ir veicis eksperimentus.Lasīšanas ātruma ziņā abas SATA saskarnes var sasniegt 540 MB/S.QLC darbojas sliktāk rakstīšanas ātrumā, jo tā P/E programmēšanas laiks ir garāks nekā MLC un TLC, ātrums ir mazāks un nepārtrauktās rakstīšanas ātrums ir No 520 MB/s līdz 360 MB/s, nejaušā veiktspēja samazinājās no 9500 IOPS līdz 5000 IOPS, zaudējums gandrīz uz pusi.

PS: jo vairāk datu tiek glabāts katrā šūnas vienībā, jo lielāka jauda uz laukuma vienību, bet tajā pašā laikā tas izraisa dažādu sprieguma stāvokļu pieaugumu, ko ir grūtāk kontrolēt, tāpēc NAND Flash mikroshēmas stabilitāte. kļūst sliktāks, un kalpošanas laiks kļūst īsāks, katram ir savas priekšrocības un trūkumi.

(NAND Flash lasīšanas un rakstīšanas ilgums ir paredzēts tikai atsaucei)
Nav grūti saprast, ka četru veidu NAND zibatmiņas veiktspēja ir atšķirīga.SLC ietilpības vienības izmaksas ir augstākas nekā cita veida NAND zibatmiņas daļiņām, taču tā datu saglabāšanas laiks ir garāks un lasīšanas ātrums ir lielāks;QLC ir lielāka ietilpība un zemākas izmaksas, taču tā zemās uzticamības un ilgmūžības dēļ Trūkumi un citi trūkumi vēl ir jāattīsta.

No ražošanas izmaksu, lasīšanas un rakstīšanas ātruma un kalpošanas laika viedokļa četru kategoriju klasifikācija ir šāda:
SLC>MLC>TLC>QLC;
Pašreizējie galvenie risinājumi ir MLC un TLC.SLC galvenokārt ir paredzēts militārām un uzņēmumu lietojumprogrammām ar lielu rakstīšanas ātrumu, zemu kļūdu līmeni un ilgu izturību.MLC galvenokārt ir paredzēts patērētājiem paredzētām lietojumprogrammām, tā ietilpība ir 2 reizes lielāka nekā SLC, lēta, piemērota USB zibatmiņām, mobilajiem tālruņiem, digitālajām kamerām un citām atmiņas kartēm, un mūsdienās to plaši izmanto arī patērētāju klases SSD. .

NAND zibatmiņu var iedalīt divās kategorijās: 2D struktūra un 3D struktūra atbilstoši dažādām telpiskām struktūrām.Peldošo vārtu tranzistori galvenokārt tiek izmantoti 2D FLASH, savukārt 3D zibspuldze galvenokārt izmanto CT tranzistorus un peldošos vārtus.Ir pusvadītājs, CT ir izolators, abi ir atšķirīgi pēc būtības un principa.Atšķirība ir:

2D struktūra NAND Flash
Atmiņas šūnu 2D struktūra ir sakārtota tikai mikroshēmas XY plaknē, tāpēc vienīgais veids, kā sasniegt lielāku blīvumu tajā pašā plāksnē, izmantojot 2D zibspuldzes tehnoloģiju, ir procesa mezgla samazināšana.
Negatīvā puse ir tāda, ka kļūdas NAND zibspuldzē ir biežākas mazākiem mezgliem;turklāt ir ierobežots mazākais procesa mezgls, ko var izmantot, un uzglabāšanas blīvums nav augsts.

3D struktūra NAND Flash
Lai palielinātu uzglabāšanas blīvumu, ražotāji ir izstrādājuši 3D NAND vai V-NAND (vertikālā NAND) tehnoloģiju, kas saliek atmiņas šūnas Z plaknē uz vienas un tās pašas vafeles.

3D NAND zibspuldzē atmiņas šūnas ir savienotas kā vertikālas virknes, nevis horizontālas virknes 2D NAND režīmā, un šāda veidošana palīdz sasniegt augstu bitu blīvumu vienai un tai pašai mikroshēmas zonai.Pirmajiem 3D Flash produktiem bija 24 slāņi.