常見 NAND 閃存介紹，QLC 時代來臨了？

我們都知道固態(tài)硬盤采用閃存顆粒NAND Flash作為存儲介質(zhì)，所以它是固態(tài)硬盤中最重要的構(gòu)成部分，其好壞也就決定著固態(tài)硬盤質(zhì)量的好壞，而我們目前常見的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)在我們來認識下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存儲更多的數(shù)據(jù)，而QLC則是比TLC能存儲更多的數(shù)據(jù)。

在SLC閃存中，每個存儲單元僅存儲一位信息，這使得讀取單元格更快捷，因為磨損的影響小這也增加了單元的耐久性，進而增加了壽命，但其單元成本較高;MLC閃存每個存儲器單元存儲兩位信息，讀取速度和壽命都低于SLC，但價格也便宜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)化級別的MLC閃存，具有更高的可靠性和耐用性，稱為eMLC;TLC Flash每個存儲器單元存儲3位信息，優(yōu)勢在于成本與SLC或MLC閃存相比要低得多，較適合于消費類應(yīng)用，而到QLC Flash則是每個存儲器單元能夠存儲4位信息以存儲更多的信息，壽命也會相應(yīng)低于TLC。

3D NAND助力QLC普及

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

第一批3D Flash產(chǎn)品有24層。隨著該技術(shù)的進步，已經(jīng)制造出32,48,64甚至96層3D閃存。3D閃存的優(yōu)勢在于同一區(qū)域中的存儲單元數(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)點來制造更可靠的閃存。

一般來說，廠家為了更大的存儲容量會使用更先進的制程工藝提升單位面積的存儲容量，但由于閃存獨特的電子特性，制程工藝越先進，壽命也就會越短，所以TLC在發(fā)展過程中會遇到壽命問題，但由于3D NAND是利用了垂直空間，提升容量。所以廠商沒有必要使用更先進的制程工藝，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年時間，在3D NAND路線上，三星也研究過多種方案，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3D NAND實現(xiàn)的。大家對QLC的最大焦慮就是壽命，真正了解QLC以后，自然會消除焦慮，目前已經(jīng)有多家廠商對外表示自家3D QLC閃存的可擦寫壽命為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)硬盤在容量上輕松步入TB時代，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到4TB，這也意味著SSD進入TB級時代。

QLC+3D NAND帶來更多可能

NAND閃存已經(jīng)進入3D NAND時代了，在2D NAND閃存時代，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級工藝高得多。

由于TLC問世于2D NAND閃存時代，所以遭遇了諸多壽命、性能上的考驗，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)的進步、糾錯技術(shù)的改良，P/E壽命不斷提升，從TLC閃存的進階之路我們便不難看出這個道理，所以這個發(fā)展之路對于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QLC閃存的壽命擔(dān)心也很正常，從內(nèi)部結(jié)構(gòu)來看，確實QLC閃存的壽命要低于TLC，但現(xiàn)在3D NAND時代的QLC閃存在可靠性上跟2D NAND時代的TLC、QLC完全不同，P/E壽命不是問題，目前主流的QLC閃存P/E已經(jīng)能夠達到將近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，我們目前已經(jīng)能夠看到消費級的QLC閃存硬盤860QVO，而且三星為其提供了3年時間的質(zhì)?；蛘?440TBW的總寫入，且連續(xù)讀寫測試能達到跟TLC同級的水平，大約寫入100GB時速度下降為100MB/s，但這依舊要遠遠高于機械硬盤的速度。

QLC閃存現(xiàn)在能夠問世從根本上來說是市場需要，我們都知道內(nèi)存的速度要比SSD快，但是SSD又要比機械盤快，性能雖然逐漸降低，但是換來的是更大的容量，所以隨著技術(shù)發(fā)展勢必會有TB級起步的超大容量SSD來取代機械硬盤的位置，而歷史將這個任務(wù)交給了QLC閃存。

QLC閃存時代已經(jīng)來臨

由于內(nèi)部架構(gòu)原因，QLC閃存讀寫速度要低于TLC閃存，但是要遠遠高于機械硬盤，并且擁有同等TB級的容量，隨著5G逐漸進入商用，我們個人的存儲需求勢必進一步加大，有不少科研機構(gòu)預(yù)計了我們未來的硬盤使用場景，未來更可能是以500GB左右的TLC或者MLC閃存盤來做系統(tǒng)主盤，用2T或者更大的QLC閃存盤當(dāng)做倉庫盤這樣便能完美的發(fā)揮各自優(yōu)點，避開不足。

可以說QLC閃存的時代已經(jīng)來了，三星QLC閃存已經(jīng)開始出貨，我們在電商平臺已經(jīng)可以看見三星的860QVO在出售，最高容量可以支持4TB，很明顯QLC閃存最大的優(yōu)勢是能夠?qū)崿F(xiàn)更大的容量，無論是消費級還是企業(yè)級，而這靠TLC是無法實現(xiàn)的。

與機械盤相比，無論是連續(xù)讀寫、隨機讀寫亦或是功耗和噪音它都是完全勝出，所以取代機械硬盤應(yīng)該只是時間問題了。