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固态硬盘知识科普何为TLCMLC固态硬盘SSD三星

发布时间:2020-03-13 12:19:46 阅读: 来源:警示牌厂家

现在又到了闪存种类交替的时候,今年大量的TLCSSD涌向消费级市场,三星这个已经玩了几年TLC的就先不说了,SanDisk拿出了UltraII,东芝旗下的OCZ放出了Trion100,东芝自己也有Q300,镁光在11月也推出了BX200参战,海力士虽然没做自己的TLCSSD,但是卖了不少TLC闪存给下游厂家,至于Intel,它会等到明年3D闪存大批量产时才会弄自己的TLCSSD。

在TLC这条路上,三星绝对是探路先锋

今后SSD市场的发展趋势也是TLC会渐渐侵占MLC的份额,特别是在那些可以MLC/TLC相互切换的3DNAND普及之后,SSD容量会持续上升,价格则会不断下降,无论大家现在接受与否,TLC闪存早晚会完全占领低端市场,MLC依然会凭借性能上的优势高端市场的地位无法动摇。

说了这么多可能有人搞清楚TLC到底是什么,今天我们就来简单的介绍一下。

一块SSD由主控、DRAM缓存和NAND闪存三种芯片所组成,主控是SSD的大脑,SSD所做的东西全部都是它所控制的;DRAM缓存则是高速缓冲区,具体作用要看主控的算法而定,有些是用来放LBA表的,有些则是拿来做数据缓存的,更有些方案是没有外置DRAM缓存,只在主控内置了小量缓存,这样做的目的有些是为了数据的安全性(如SandForce),有些则是为了降低成本(大多数入门级主控);NAND闪存则是数据存储的地方,你的数据全部都存放在里面。

SLC、MLC、TLC到底是什么

NAND闪存的类型有SLC、MLC和TLC这三种,SLC不论性能还是可靠性都是都是最好的,但成本也是最高的;MLC闪存性能、可靠性次之,它的性能、可靠性与成本上是相当均衡的,是目前的绝对主力;TLC则是在2012年之后三星才把它带入SSD市场的,之前主要是用在U盘以及存储卡上面,在三星先行了两年之后今年其他厂商终于跟上了,大量的TLCSSD开始推向市场。

SLC、MLC与TLC的简单区别

SLC=Single-LevelCell,即1bitpercell,只存在0和1两个充电值,结构简单但是执行效率高。SLC闪存的优点是传输速度更快,功率消耗更低和存储单元的寿命更长。然而,由于每个存储单元包含的信息较少,其每百万字节需花费较高的成本来生产,由于成本过高你基本上只会在高端的企业级SSD上见到它,流入到消费级平台上的基本都是非原封的。

MLC=Multi-LevelCell,即2bitpercell,有00011011四个充电值,因此需要比SLC更多的访问时间,不过每个单元可以存放比SLC多一倍的数据。MLC闪存可降低生产成本,但与SLC相比其传输速度较慢,现在大多数消费级SSD都是使用MLC做的。

TLC=Trinary-LevelCell,即3bitpercell,每个单元可以存放比MLC多1/2的数据,共八个充电值,所需访问时间更长,因此传输速度更慢。TLC优势价格便宜,每百万字节生产成本是最低的,但是寿命短,通常用在U盘或者存储卡这类移动存储设备上。

TLC闪存的优劣势

TLC闪存的优势是容量更大,成本更低,举例来说,同样的晶体管电路做成64Gb的SLC闪存,那么变成MLC、TLC闪存则可以得到128Gb、192Gb的容量,这对厂商来说大大降低了成本。

从结果上来看,各种闪存的物理结构是相同的,但是控制上一个比一个复杂,SLC每个Cell能储存1个数据,有两种电位变化,MLC每个Cell能储存2个数据,有四种电位变化,TLC每个Cell可以储存3个数据,有8种电位变化,MLC和TLC每个Cell单元中有多个信号,是通过控制不同的电压来实现的,施加不同的电压就会有更多的电位变化,NAND闪存单元就可以容纳不同的信号组合。

TLC闪存在P/E寿命、读写速度上要比MLC、SLC差很多

但是,TLC闪存也不是只有光鲜的一面,它带来的考验也更大。容纳的电位多了可以提升容量,但也使得整个过程更复杂,需要更精确的电压控制,Program过程所需时间更多,因此写入性能也会大幅下降,所以现在的TLCSSD都启用了SLCCache模式提升写入速度,否则那个写入速度是很难让人接受的;读取,特别是随机读取性能也会受影响,因为需要花更多的时间从八种电信号状态中区分所需数据。

最关键的是闪存寿命直线下降,MLC的P/E次数至少还有3000-5000次,而TLC公认的P/E指标是1000次,好点的可能做到1500次,依然比MLC差很多。

3DNAND闪存——TLC未来的出路

说了这么多传统的2DTLC闪存问题确实非常的多,有些问题是可以解决的,比如写入性能差就可以通过SLCCache的运用,只要制造一个大容量的缓冲区用户很多时候就不会感觉得到写入速度慢,而且SLCCache玩得好还有延长寿命的作用。

但是有些东西是解决不了的,传统的2D闪存在达到一定密度之后每个电源存储的电荷量会下降,另外相邻的存储单元也会产生电荷干扰,20nm工艺之后,Cell单元之间的干扰现象更加严重,如果数据长时间不刷新的话就会出现像之前三星840Evo那样的读取旧文件会掉速的现象,三星后来推出了新固件改善算法才解决问题,估计新的固件会定时覆写旧的数据,这样肯定会对闪存的寿命有影响。

而3DNAND是不再追求缩小Cell单元,而是通过3D堆叠技术封装更多Cell单元,这样也可以达到容量增多的目的。

由于已经向垂直方向扩展NAND密度,那就没有继续缩小晶体管的压力了,所以三星、Intel和美光可以使用相对更旧的工艺来生产3DNAND闪存,使用旧工艺的好处就是P/E擦写次数大幅提升,而且电荷干扰的情况也因为使用旧工艺而大幅减少。

还有就是未来的3DNAND可能都会做成可以MLC与TLC工作模式相互切换那种,现在三星已经就这样做了,850Pro与850Evo上的闪存本质上都是一样的,只不过前者是以MLC模式运行后者以TLC模式运行,未来Intel与镁光的3DNAND也会这样。

2D的TLC闪存由于各种问题是不会成为主流的,基本上只会有低价入门级的SSD会使用,现在的TLCSSD很多都是试验性产品,但是等到3DTLC大批量产后,它将会成为未来的主力,现在三星又一次成了探路先锋,850Evo就是第一款采用3DTLC的SSD,目前来说还没有什么大的问题出现,如果稳定性没问题的话它将成为未来的TLCSSD的标杆。

最后说一下我们对TLCSSD的购买意见:

对于TLCSSD,大家最担心的应该就是它的寿命,其实只要用的是原片TLC的话它的P/E还是有一定保证的,东芝的Q300和OCZTRION100用的还是更长寿稳定的企业级eTLC,三星的3DNAND寿命也比普通TLC长得多,所以并不需要太过在意SSD的寿命。

至于性能方面,相信大家买TLCSSD都不是为了追求高性能,论性能TLCSSD大多数比不过用MLC的SSD,然而你拿去和HDD来比的话就不一样了,TLCSSD的性能再糟糕都比HDD要好得多,拿去替换龟速的HDD做系统盘是绝对没问题的。

现在的各种TLCSSD单纯考虑性价比的话其实还是挺不错的,论价格的话TLCSSD确实可以做得很低,然而如果TLCSSD的价格和MLCSSD一样的话它就没有任何的优势,买它还不如直接去买MLCSSD得了。

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