常見(jiàn) NAND 閃存介紹，QLC 時(shí)代來(lái)臨了？

我們都知道固態(tài)硬盤(pán)采用閃存顆粒NAND Flash作為存儲(chǔ)介質(zhì)，所以它是固態(tài)硬盤(pán)中最重要的構(gòu)成部分，其好壞也就決定著固態(tài)硬盤(pán)質(zhì)量的好壞，而我們目前常見(jiàn)的NAND閃存主要有四種類型：Single Level Cell(SLC)，Multi Level Cell(MLC)和Triple Level Cell(TLC)，還有一種尚未大規(guī)模普及的QLC。

現(xiàn)在我們來(lái)認(rèn)識(shí)下SLC、MLC、TLC、QLC

不難理解，MLC Flash是可以在與SLC相同的區(qū)域中存儲(chǔ)更多的數(shù)據(jù)，同上，TLC則是在相同的區(qū)域內(nèi)能比MLC存儲(chǔ)更多的數(shù)據(jù)，而QLC則是比TLC能存儲(chǔ)更多的數(shù)據(jù)。

在SLC閃存中，每個(gè)存儲(chǔ)單元僅存儲(chǔ)一位信息，這使得讀取單元格更快捷，因?yàn)槟p的影響小這也增加了單元的耐久性，進(jìn)而增加了壽命，但其單元成本較高;MLC閃存每個(gè)存儲(chǔ)器單元存儲(chǔ)兩位信息，讀取速度和壽命都低于SLC，但價(jià)格也便宜2到4倍;MLC閃存的低可靠性和耐用性使它們不適合企業(yè)應(yīng)用，創(chuàng)建了一種優(yōu)化級(jí)別的MLC閃存，具有更高的可靠性和耐用性，稱為eMLC;TLC Flash每個(gè)存儲(chǔ)器單元存儲(chǔ)3位信息，優(yōu)勢(shì)在于成本與SLC或MLC閃存相比要低得多，較適合于消費(fèi)類應(yīng)用，而到QLC Flash則是每個(gè)存儲(chǔ)器單元能夠存儲(chǔ)4位信息以存儲(chǔ)更多的信息，壽命也會(huì)相應(yīng)低于TLC。

3D NAND助力QLC普及

說(shuō)到這里就不得不提3D NAND，它的原理就是通過(guò)在同一晶片上垂直堆疊多層存儲(chǔ)器單元，所以能夠?qū)崿F(xiàn)更大的存儲(chǔ)密度。

第一批3D Flash產(chǎn)品有24層。隨著該技術(shù)的進(jìn)步，已經(jīng)制造出32,48,64甚至96層3D閃存。3D閃存的優(yōu)勢(shì)在于同一區(qū)域中的存儲(chǔ)單元數(shù)量明顯更多。這也使制造商能夠使用更大的制程工藝節(jié)點(diǎn)來(lái)制造更可靠的閃存。

一般來(lái)說(shuō)，廠家為了更大的存儲(chǔ)容量會(huì)使用更先進(jìn)的制程工藝提升單位面積的存儲(chǔ)容量，但由于閃存獨(dú)特的電子特性，制程工藝越先進(jìn)，壽命也就會(huì)越短，所以TLC在發(fā)展過(guò)程中會(huì)遇到壽命問(wèn)題，但由于3D NAND是利用了垂直空間，提升容量。所以廠商沒(méi)有必要使用更先進(jìn)的制程工藝，轉(zhuǎn)而使用更為老舊的制程工藝保證TLC的壽命，然后通過(guò)3D NAND增加容量。

在主要的NAND廠商中，三星是最早量產(chǎn)了3D NAND，其他幾家公司在3D NAND閃存量產(chǎn)上要落后三星至少2年時(shí)間，在3D NAND路線上，三星也研究過(guò)多種方案，最終量產(chǎn)的是VG垂直柵極結(jié)構(gòu)的V-NAND閃存，目前已經(jīng)發(fā)展了五代V-NAND技術(shù)，堆棧層數(shù)從之前的64層提高到了90層以上，TLC類型的3D NAND核心容量更大，目前最新的技術(shù)在自家的860及970系列SSD上都有使用。

QLC能夠迅速落地，有如此成就離不開(kāi)3D NAND技術(shù)的發(fā)展，正是如此，借助3D NAND技術(shù)，QLC才能夠?qū)崿F(xiàn)1000PE的壽命，目前能夠推出QLC的廠商，也都是通過(guò)3D NAND實(shí)現(xiàn)的。大家對(duì)QLC的最大焦慮就是壽命，真正了解QLC以后，自然會(huì)消除焦慮，目前已經(jīng)有多家廠商對(duì)外表示自家3D QLC閃存的可擦寫(xiě)壽命為1000PE。

三星第五代V- NAND技術(shù)已經(jīng)足夠成熟，再配合以QLC閃存這也就使得固態(tài)硬盤(pán)在容量上輕松步入TB時(shí)代，三星作為全球領(lǐng)先的閃存廠商，去年首發(fā)采用QLC閃存的SATA SSD,860QVO就已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)單顆1TB的閃存顆粒，目前發(fā)售的版本最高甚至可以達(dá)到4TB，這也意味著SSD進(jìn)入TB級(jí)時(shí)代。

QLC+3D NAND帶來(lái)更多可能

NAND閃存已經(jīng)進(jìn)入3D NAND時(shí)代了，在2D NAND閃存時(shí)代，廠商為了追求NAND容量的提升，需要不斷提升NAND制程工藝，但在3D NAND時(shí)代，提升NAND容量靠的不是微縮制程工藝了，而是靠堆棧的層數(shù)，所以工藝變得不重要了，比如三星最初的3D NAND閃存使用的還是40nm工藝，可靠性要比20nm、10nm級(jí)工藝高得多。

由于TLC問(wèn)世于2D NAND閃存時(shí)代，所以遭遇了諸多壽命、性能上的考驗(yàn)，最初發(fā)布的TLC閃存P/E壽命只有100-150次，但是隨著NAND技術(shù)的進(jìn)步、糾錯(cuò)技術(shù)的改良，P/E壽命不斷提升，從TLC閃存的進(jìn)階之路我們便不難看出這個(gè)道理，所以這個(gè)發(fā)展之路對(duì)于QLC閃存同樣適用。

任何新技術(shù)的普及都不是一帆風(fēng)順的，所以大家對(duì)QLC閃存的壽命擔(dān)心也很正常，從內(nèi)部結(jié)構(gòu)來(lái)看，確實(shí)QLC閃存的壽命要低于TLC，但現(xiàn)在3D NAND時(shí)代的QLC閃存在可靠性上跟2D NAND時(shí)代的TLC、QLC完全不同，P/E壽命不是問(wèn)題，目前主流的QLC閃存P/E已經(jīng)能夠達(dá)到將近1000，并不比TLC閃存差多少。

三星作為全球主要的閃存廠商，新技術(shù)一直領(lǐng)先于市場(chǎng)，我們目前已經(jīng)能夠看到消費(fèi)級(jí)的QLC閃存硬盤(pán)860QVO，而且三星為其提供了3年時(shí)間的質(zhì)?；蛘?440TBW的總寫(xiě)入，且連續(xù)讀寫(xiě)測(cè)試能達(dá)到跟TLC同級(jí)的水平，大約寫(xiě)入100GB時(shí)速度下降為100MB/s，但這依舊要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于機(jī)械硬盤(pán)的速度。

QLC閃存現(xiàn)在能夠問(wèn)世從根本上來(lái)說(shuō)是市場(chǎng)需要，我們都知道內(nèi)存的速度要比SSD快，但是SSD又要比機(jī)械盤(pán)快，性能雖然逐漸降低，但是換來(lái)的是更大的容量，所以隨著技術(shù)發(fā)展勢(shì)必會(huì)有TB級(jí)起步的超大容量SSD來(lái)取代機(jī)械硬盤(pán)的位置，而歷史將這個(gè)任務(wù)交給了QLC閃存。

QLC閃存時(shí)代已經(jīng)來(lái)臨

由于內(nèi)部架構(gòu)原因，QLC閃存讀寫(xiě)速度要低于TLC閃存，但是要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于機(jī)械硬盤(pán)，并且擁有同等TB級(jí)的容量，隨著5G逐漸進(jìn)入商用，我們個(gè)人的存儲(chǔ)需求勢(shì)必進(jìn)一步加大，有不少科研機(jī)構(gòu)預(yù)計(jì)了我們未來(lái)的硬盤(pán)使用場(chǎng)景，未來(lái)更可能是以500GB左右的TLC或者M(jìn)LC閃存盤(pán)來(lái)做系統(tǒng)主盤(pán)，用2T或者更大的QLC閃存盤(pán)當(dāng)做倉(cāng)庫(kù)盤(pán)這樣便能完美的發(fā)揮各自優(yōu)點(diǎn)，避開(kāi)不足。

可以說(shuō)QLC閃存的時(shí)代已經(jīng)來(lái)了，三星QLC閃存已經(jīng)開(kāi)始出貨，我們?cè)陔娚唐脚_(tái)已經(jīng)可以看見(jiàn)三星的860QVO在出售，最高容量可以支持4TB，很明顯QLC閃存最大的優(yōu)勢(shì)是能夠?qū)崿F(xiàn)更大的容量，無(wú)論是消費(fèi)級(jí)還是企業(yè)級(jí)，而這靠TLC是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。

與機(jī)械盤(pán)相比，無(wú)論是連續(xù)讀寫(xiě)、隨機(jī)讀寫(xiě)亦或是功耗和噪音它都是完全勝出，所以取代機(jī)械硬盤(pán)應(yīng)該只是時(shí)間問(wèn)題了。