Entenda a diferença entre os diferentes graus de chips SSD de NAND Flash SLC, MLC, TLC, QLC

O nome completo do NAND Flash é Flash Memory, que pertence a um dispositivo de memória não volátil (Non-volatile Memory Device).Ele é baseado em um projeto de transistor de porta flutuante e as cargas são travadas através da porta flutuante.Como a porta flutuante é eletricamente isolada, os elétrons que chegam à porta ficam presos mesmo depois que a tensão é removida.Esta é a justificativa para a não volatilidade do flash.Os dados são armazenados nesses dispositivos e não serão perdidos mesmo se a energia for desligada.
De acordo com diferentes nanotecnologias, o NAND Flash passou por uma transição de SLC para MLC e depois para TLC, e está caminhando para QLC.NAND Flash é amplamente utilizado em eMMC/eMCP, disco U, SSD, automóvel, Internet das Coisas e outros campos devido à sua grande capacidade e rápida velocidade de gravação.

SLC (nome completo em inglês (Single-Level Cell – SLC) é um armazenamento de nível único
A característica da tecnologia SLC é que o filme de óxido entre a porta flutuante e a fonte é mais fino.Ao gravar dados, a carga armazenada pode ser eliminada aplicando-se uma tensão à carga da porta flutuante e depois passando pela fonte., ou seja, apenas duas mudanças de tensão de 0 e 1 podem armazenar 1 unidade de informação, ou seja, 1 bit/célula, que se caracteriza por alta velocidade, longa vida útil e forte desempenho.A desvantagem é que a capacidade é baixa e o custo é alto.

MLC (nome completo em inglês Multi-Level Cell – MLC) é um armazenamento multicamadas
A Intel (Intel) desenvolveu com sucesso o MLC pela primeira vez em setembro de 1997. Sua função é armazenar duas unidades de informação em um Floating Gate (a parte onde a carga é armazenada na célula de memória flash) e, em seguida, usar a carga de diferentes potenciais (Nível ), Leitura e escrita precisas através do controle de tensão armazenado na memória.
Ou seja, 2 bits/célula, cada unidade celular armazena informações de 2 bits, requer controle de tensão mais complexo, há quatro mudanças de 00, 01, 10, 11, a velocidade geralmente é média, a vida é média, o preço é médio, cerca de 3.000 a 10.000 vezes de apagamento e gravação. O MLC funciona usando um grande número de graus de tensão, cada célula armazena dois bits de dados e a densidade de dados é relativamente grande e pode armazenar mais de 4 valores por vez.Portanto, a arquitetura MLC pode ter melhor densidade de armazenamento.

TLC (nome completo em inglês Trinary-Level Cell) é um armazenamento de três camadas
O TLC é de 3 bits por célula.Cada unidade celular armazena informações de 3 bits, que podem armazenar 1/2 mais dados que o MLC.Existem 8 tipos de mudanças de tensão de 000 a 001, ou seja, 3 bits/célula.Existem também fabricantes de Flash chamados 8LC.O tempo de acesso necessário é maior, portanto a velocidade de transferência é mais lenta.
A vantagem do TLC é que o preço é barato, o custo de produção por megabyte é o mais baixo e o preço é barato, mas a vida é curta, apenas cerca de 1000-3000 apagando e reescrevendo a vida, mas as partículas TLC fortemente testadas SSD podem ser usado normalmente por mais de 5 anos.

Unidade de armazenamento de quatro camadas QLC (nome completo em inglês Quadruple-Level Cell)
QLC também pode ser chamado de MLC de 4 bits, uma unidade de armazenamento de quatro camadas, ou seja, 4 bits/célula.São 16 alterações de tensão, mas a capacidade pode ser aumentada em 33%, ou seja, o desempenho de escrita e a vida útil de apagamento serão ainda mais reduzidos em comparação com o TLC.No teste de desempenho específico, o Magnésio fez experimentos.Em termos de velocidade de leitura, ambas as interfaces SATA podem atingir 540 MB/S.QLC tem desempenho pior em velocidade de gravação, porque seu tempo de programação P/E é maior que MLC e TLC, a velocidade é mais lenta e a velocidade de gravação contínua é de 520 MB/s a 360 MB/s, o desempenho aleatório caiu de 9.500 IOPS para 5.000 IOPS, uma perda de quase metade.
abaixo de (1)

PS: Quanto mais dados armazenados em cada unidade celular, maior será a capacidade por unidade de área, mas ao mesmo tempo leva a um aumento nos diferentes estados de tensão, o que é mais difícil de controlar, portanto a estabilidade do chip NAND Flash piora e a vida útil diminui, cada um com suas próprias vantagens e desvantagens.

Capacidade de armazenamento por unidade Apagar/gravar vida da unidade
SLC 1 bit/célula 100.000/hora
MLC 1 bit/célula 3.000-10.000/hora
TLC 1 bit/célula 1.000/hora
QLC 1 bit/célula 150-500/hora

 

(A vida de leitura e gravação do NAND Flash é apenas para referência)
Não é difícil perceber que o desempenho dos quatro tipos de memória flash NAND é diferente.O custo por unidade de capacidade do SLC é maior do que outros tipos de partículas de memória flash NAND, mas seu tempo de retenção de dados é maior e a velocidade de leitura é mais rápida;QLC tem maior capacidade e menor custo, mas devido à sua baixa confiabilidade e longevidade, deficiências e outras deficiências ainda precisam ser desenvolvidas.

Do ponto de vista do custo de produção, velocidade de leitura e gravação e vida útil, a classificação das quatro categorias é:
SLC>MLC>TLC>QLC;
As soluções convencionais atuais são MLC e TLC.O SLC é voltado principalmente para aplicações militares e empresariais, com gravação em alta velocidade, baixa taxa de erros e longa durabilidade.O MLC é voltado principalmente para aplicações de consumo, sua capacidade é 2 vezes maior que o SLC, de baixo custo, adequado para unidades flash USB, telefones celulares, câmeras digitais e outros cartões de memória, e também é amplamente utilizado em SSDs de consumo hoje. .

A memória flash NAND pode ser dividida em duas categorias: estrutura 2D e estrutura 3D de acordo com diferentes estruturas espaciais.Os transistores de porta flutuante são usados ​​principalmente para FLASH 2D, enquanto o flash 3D usa principalmente transistores CT e porta flutuante.É um semicondutor, CT é um isolante, os dois são diferentes em natureza e princípio.A diferença é:

Estrutura 2D NAND Flash
A estrutura 2D das células de memória é organizada apenas no plano XY do chip, portanto, a única maneira de obter maior densidade no mesmo wafer usando a tecnologia flash 2D é encolher o nó do processo.
A desvantagem é que os erros no flash NAND são mais frequentes em nós menores;além disso, há um limite para o menor nó de processo que pode ser usado e a densidade de armazenamento não é alta.

Estrutura 3D NAND Flash
Para aumentar a densidade de armazenamento, os fabricantes desenvolveram a tecnologia 3D NAND ou V-NAND (NAND vertical), que empilha células de memória no plano Z no mesmo wafer.

abaixo de (3)
No flash NAND 3D, as células de memória são conectadas como sequências verticais em vez de sequências horizontais no NAND 2D, e construir dessa forma ajuda a obter alta densidade de bits para a mesma área do chip.Os primeiros produtos Flash 3D tinham 24 camadas.

abaixo de (4)


Horário da postagem: 20 de maio de 2022