通常情況下，固態(tài)硬盤(SSD)的底層NAND架構(gòu)會因模型而異。NAND 閃存的每種類型——SLC、MLC、eMLC和TLC——都有不同的特性，并因此對您的數(shù)據(jù)存儲產(chǎn)生不同的影響，在這篇文章中，我們會討論這些差異。

目前，閃存可以說徹底改變了企業(yè)數(shù)據(jù)存儲，與機(jī)械硬盤(HDD)相比，SSD封裝使存儲子系統(tǒng)和陣列能夠提供出色的應(yīng)用性能，并能在業(yè)務(wù)分析和其他工作負(fù)載下快速工作。在個(gè)人電腦和移動(dòng)設(shè)備中，閃存能夠加速應(yīng)用程序啟動(dòng)時(shí)間和加速數(shù)據(jù)傳輸。

而且由于閃存沒有可移動(dòng)部件，所以SSD幾乎不容易受到突然移動(dòng)和物理沖擊的傷害。另外還有一個(gè)優(yōu)勢是，它們也比HDD耗電更少。

有一個(gè)缺點(diǎn)是，盡管刪除、壓縮和其他數(shù)據(jù)管理技術(shù)可以幫助企業(yè)充分利用其閃存投資，但SSD在每GB的成本上往往高于HDD。

NAND閃存類型

NAND閃存是用于SSD和存儲卡的一種非易失性存儲體系結(jié)構(gòu)。它的名字來源于邏輯門(NOT-AND)，用于確定數(shù)字信息如何存儲在閃存設(shè)備的芯片中。

SLC

SLC(Single-Level Cell，單層單元)SSD在每個(gè)單元中存儲一個(gè)Bit，這種設(shè)計(jì)提高了耐久性、準(zhǔn)確性和性能。對于企業(yè)的關(guān)鍵應(yīng)用程序和存儲服務(wù)，SLC是首選的閃存技術(shù)。當(dāng)然，它的價(jià)格最高。

MLC

考慮到閃存的消費(fèi)級特性，MLC(Multi-Level Cell，多層單元)架構(gòu)可以為每個(gè)單元存儲2個(gè)Bit。盡管在存儲單元中存儲多個(gè)Bit似乎能夠很好地利用空間，在相同空間內(nèi)獲得更大容量，但它的代價(jià)是使用壽命降低，可靠性降低。相對而言，MLC SSD使得在PC和筆記本電腦上增加閃存成為可能。

eMLC

eMLC(Enterprise Multi-Level Cell，企業(yè)多級單元)是MLC NAND 閃存的一個(gè)“增強(qiáng)型”的版本，它在一定程度上彌補(bǔ)了SLC和MLC之間的性能和耐久差距。eMLC驅(qū)動(dòng)器比MLC驅(qū)動(dòng)器貴，但比SLC驅(qū)動(dòng)器便宜得多。盡管每個(gè)單元仍然存儲2個(gè)Bit，但eMLC驅(qū)動(dòng)器的控制器管理數(shù)據(jù)放置、磨損均衡和一些其他存儲操作延長了eMLC SSD的使用壽命。

TLC

最便宜的是TLC(Triple-Level Cell，三層單元)NAND閃存，每個(gè)單元存儲3比特，通常用于性能和耐久性要求相對較低的消費(fèi)級電子產(chǎn)品。最適合于包含大量讀取操作的應(yīng)用程序，基于TLC的存儲組件很少在業(yè)務(wù)環(huán)境中使用，但是閃存體系結(jié)構(gòu)的最新改進(jìn)，包括3D NAND(稍后將詳細(xì)介紹)、持久增強(qiáng)的數(shù)據(jù)放置和錯(cuò)誤糾正技術(shù)，使該技術(shù)在讀密集型企業(yè)存儲應(yīng)用程序中占有了一席之地。

SLC、MLC、eMLC和TLC如何選擇

下面我們將告訴大家如何判斷閃存驅(qū)動(dòng)器是否適合預(yù)期的工作負(fù)載或用例，包括從企業(yè)級到消費(fèi)者端。在下面的圖表中，寫入/擦除(PE)周期用來衡量NAND 閃存可以支持多少讀和寫操作。雖然它們沒有機(jī)械部件可以磨損，但SSD驅(qū)動(dòng)器仍然存在有限的使用壽命。

每種類型的NAND閃存都有不同的使用壽命，這意味著它會在SSD降級并最終失效之前提供有限數(shù)量的P/E周期。當(dāng)然，除了制造缺陷，電力激增或其他災(zāi)難性的破壞可能導(dǎo)致SSD的失效。這是決定SSD支持的存儲工作負(fù)載和應(yīng)用程序類型的主要影響因素。

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NAND VS 3D NAND

為閃存市場帶來突破的最大創(chuàng)新之一是3D NAND或V-NAND。顧名思義，它使用堆疊架構(gòu)在SSD中安置內(nèi)存單元，而不是過去平面排列的方法。

實(shí)際上，與2D NAND相比，這種架構(gòu)使供應(yīng)商能夠以更低的成本，將更多的容量壓縮到更小的物理空間中。它還能提供更快的速度、更長的使用壽命和更低的功耗?，F(xiàn)在大多數(shù)主要SSD供應(yīng)商都提供3D NAND SSD。

如何選擇SLC、 MLC和TLC SSD

從經(jīng)驗(yàn)上看，希望獲得最好性能SSD的買家，會在SLC上投入比eMLC、MLC和TLC更多的錢。不過，價(jià)格不能決定一切。

當(dāng)你想最大限度地利用你的存儲空間時(shí)，有很多因素需要考慮。SLC SSD對于需要快速、可靠性能的關(guān)鍵應(yīng)用程序工作負(fù)載和24×7數(shù)據(jù)庫是有意義的。當(dāng)然，并不是每個(gè)工作負(fù)載都需要極高的速度和性價(jià)比。

想要快速的性能，但不期望對存儲系統(tǒng)造成持續(xù)的壓力?eMLC甚至MLC都可能是最好的選擇。在PC中，相對于HDD，SSD三個(gè)字母就代表著性能提升。

所以，看起來很明顯。SLC用于要求較高的企業(yè)應(yīng)用程序，其次是eMLC、MLC和TLC，因?yàn)樾阅芎涂煽啃砸蠼档土恕?/p>

不過NAND閃存也在不斷進(jìn)化，現(xiàn)在對于大容量SSD來說，使用MLC甚至TLC閃存是非常標(biāo)準(zhǔn)的。在企業(yè)用例中，MLC可以說和SLC一樣好。

QLC NAND逐漸進(jìn)入主流

SSD制造商并沒有止步于TLC。英特爾、美光科技和西部數(shù)據(jù)正致力于將QLC(Quad-Level Cell，四層單元)NAND技術(shù)引入數(shù)據(jù)中心。

2018年5月，英特爾和美光發(fā)布了第一款可商用的QLC 3D NAND芯片，其存儲容量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過TLC NAND閃存。通過引入64-層4Bit/單元NAND閃存技術(shù)，與TLC相比陣列密度高出33%。據(jù)了解，英特爾、美光都已推出了QLC 3D NAND閃存產(chǎn)品，這種產(chǎn)品將在大數(shù)據(jù)等類似應(yīng)用中發(fā)揮很大的作用。

Nand flash 三種類型SLC,MLC,TLC

從前，大家談TLC色變；如今，TLC攻占SSD半壁江山。是的，這個(gè)世界就是這么奇妙。雖然TLC早已占據(jù)主流地位，但傳言多了、百度多了，不少消費(fèi)者還是抱有“怕”的態(tài)度，下面我們就來詳細(xì)了解TLC。

TLC是什么？

固態(tài)硬盤就是靠NAND Flash閃存芯片存儲數(shù)據(jù)的，這點(diǎn)類似于我們常見的U盤。NAND Flash根據(jù)存儲原理分為三種，SLC、MLC、TLC。

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SLC = Single-Level Cell，即1 bit per cell，1個(gè)存儲器儲存單元可存放1 bit的數(shù)據(jù)，只存在0和1兩個(gè)充電值。以此類推，TLC = Triple-Level Cell，即3 bit per cell，1個(gè)存儲器儲存單元可存放3 bit的數(shù)據(jù)。

單位容量的存儲器，可以存儲更多的數(shù)據(jù)，所以TLC每百萬字節(jié)生產(chǎn)成本是最低的。

TLC工作原理：

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小編盡量用通俗語言解釋。根據(jù)NAND的物理結(jié)構(gòu)，NAND是通過絕緣層存儲數(shù)據(jù)的。當(dāng)你要寫入數(shù)據(jù)，需要施加電壓并形成一個(gè)電場，這樣電子就可以通過絕緣體進(jìn)入到存儲單元，此時(shí)完成寫入數(shù)據(jù)。如果要?jiǎng)h除存儲單元（數(shù)據(jù)），則要再次施加電壓讓電子穿過絕緣層，從而離開存儲單元。

所以，NAND閃存在重新寫入新數(shù)據(jù)之前必須要?jiǎng)h除原來數(shù)據(jù)。

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由于TLC的1個(gè)存儲器儲存單元可存放3 bit的數(shù)據(jù)，為了區(qū)分，必須使用不同電壓來實(shí)現(xiàn)。除了能夠?qū)崿F(xiàn)和SLC一樣的000（TLC）=0（SLC）和111（TLC）=1（SLC）外、還有另外六種數(shù)據(jù)格式必須采用其他不同的電壓來區(qū)分，讓不同數(shù)量的電子進(jìn)入到存儲單元，實(shí)現(xiàn)不同的數(shù)據(jù)表達(dá)。這樣，才能讓TLC實(shí)現(xiàn)單位存儲單元存放比SLC、MLC更多數(shù)據(jù)的目的。

為什么TLC的性能在三種介質(zhì)中最差？

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由于數(shù)據(jù)寫入到TLC中需要八種不同電壓狀態(tài)， 而施加不同的電壓狀態(tài)、尤其是相對較高的電壓，需要更長的時(shí)間才能得以實(shí)現(xiàn)（電壓不斷增高的過程，直到合適的電壓值被發(fā)現(xiàn)才算完成）。

所以，在TLC中數(shù)據(jù)所需訪問時(shí)間更長，因此傳輸速度更慢。經(jīng)過實(shí)測，同等技術(shù)條件下，TLC的SSD性能是比不上MLC SSD的。

為什么以前TLC不流行？

為什么沒有機(jī)械結(jié)構(gòu)的SSD還是出現(xiàn)壽命問題？因?yàn)榘凑展ぷ髟恚W存單元每次寫入或擦除的施加電壓過程都會導(dǎo)致絕緣體硅氧化物的物理損耗。這東西本來就只有區(qū)區(qū)10納米的厚度，每進(jìn)行一次電子穿越就會變薄一些。

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也正因?yàn)槿绱耍柩趸镌絹碓奖?，電子可能會滯留在二氧化硅絕緣層，擦寫時(shí)間也會因此延長，因?yàn)樵谶_(dá)到何時(shí)的電壓之前需要更長時(shí)間、更高的加壓。主控制器是無法改變編程和擦寫電壓的。如果原本設(shè)計(jì)的電壓值工作異常，主控就會嘗試不同的電壓，這自然需要時(shí)間，也會給硅氧化物帶來更多壓力，加速了損耗。

最后，主控控制編程和擦寫一個(gè)TLC閃存單元所需要的時(shí)間也越來越長，最終達(dá)到嚴(yán)重影響性能、無法接受的地步，閃存區(qū)塊也就廢了。

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同時(shí)，傳統(tǒng)的2D閃存在達(dá)到一定密度之后每個(gè)電源存儲的電荷量會下降，損耗后的TLC絕緣層，相鄰的存儲單元也會產(chǎn)生電荷干擾，發(fā)展到20nm工藝之后，Cell單元之間的干擾現(xiàn)象更加嚴(yán)重，如果數(shù)據(jù)長時(shí)間不刷新的話就會出現(xiàn)像之前三星840 Evo那樣的讀取舊文件會掉速的現(xiàn)象。

所以，新主控等新技術(shù)開發(fā)之前，廠商一直不敢將TLC SSD推出市場，不可避免地出現(xiàn)可靠性問題，畢竟數(shù)據(jù)大于一切。

人們?yōu)槭裁磿?dān)心壽命？

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P/E壽命對比

由于TLC采用不同的電壓狀態(tài)，加上存儲容量多，擊穿絕緣層次數(shù)也比其他介質(zhì)多，于是加速了絕緣層的損耗過程。所以，TLC SSD的壽命比SLC、MLC短得多。

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以前TLC的P/E壽命低時(shí)，用幾年就有報(bào)廢風(fēng)險(xiǎn)

一開始TLC的P/E壽命只有不到1000次，但是經(jīng)過廠商改進(jìn)算法以及優(yōu)化主控，提升到1000到2000次。相比之下，MLC有3000到10000次擦寫壽命。如果用戶的PC只有TLC SSD，那么在日常使用環(huán)境下，如果一個(gè)120GB SSD的P/E壽命只有不到1000次，并且每天寫入60GB的數(shù)據(jù)，那么不到五年，SSD就會報(bào)廢。在目前性能過剩時(shí)代，這壽命是十分嚇人的，所以以前人們十分擔(dān)心TLC SSD的壽命問題。

最近TLC SSD為何“倒行逆施”般井噴？

三星 850 EVO、東芝 Q300、英睿達(dá)BX200……我們耳熟能詳?shù)腟SD廠商都在2015年大規(guī)模推出了TLC SSD，氣勢磅礴。既然我們之前說了TLC那么多的不足，為何廠商依然推廣呢？不是搬石頭砸自己腳嗎？

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東芝 TC58NC1000GSB主控支持Smart ECC、Smart Flush0等技術(shù)。

這一年來，SSD廠商最大的功勞就是解決了TLC的P/E壽命問題，讓TLC SSD的壽命上升到我們使用一臺電腦正常周期上。主控算法的好壞會對性能和壽命造成非常大的影響，目前SSD廠商在主控技術(shù)上進(jìn)行了很大的改進(jìn)，信號處理，更強(qiáng)的ECC算法、擴(kuò)大備用區(qū)域的容量增加預(yù)留空間等技術(shù)應(yīng)用，從TLC的500--1000次P/E提升到目前的1000到2000次，一定程度上保證了可靠性與壽命。

我們知道TLC的性能比較差，尤其寫入性能上，SSD廠商就通過SLC Cache的運(yùn)用，只要制造一個(gè)大容量的緩沖區(qū)用戶很多時(shí)候就不會感覺得到寫入速度慢，而且SLC Cache玩得好還有延長壽命的作用。

另外，SSD廠商對于TLC SSD的質(zhì)保提升到與MLC SSD基本一致的水平，比如三星 TLC SSD的質(zhì)保一般為五年，讓消費(fèi)者在這五年的使用中高枕無憂。加上TLC天生的價(jià)格優(yōu)勢，以及金字招牌，的確有很大的吸引力。越來越多的廠商參與到TLC SSD的競爭中，價(jià)格不斷走低，讓不少對SSD感興趣的朋友嘗鮮一把，助長了TLC SSD的壯大。

TLC的未來？

TLC的逆襲就是揚(yáng)長避短的道理。有市場，就有進(jìn)步，相信廠商會對TLC技術(shù)進(jìn)行更多的研究，保證物美價(jià)廉的TLC繼續(xù)生存下去。

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3D NAND閃存對比2D有著壽命優(yōu)勢

比如三星3D NAND閃存就是TLC的一個(gè)重要方向。3D NAND是不再追求縮小Cell單元，而是通過3D堆疊技術(shù)封裝更多Cell單元，所以我們不必要追求更先進(jìn)的制程，畢竟制程約先進(jìn)，壽命反而越差。所以，可以使用相對更舊的工藝來生產(chǎn)3D NAND閃存，使用舊工藝的好處就是P/E擦寫次數(shù)大幅提升，而且電荷干擾的情況也因?yàn)槭褂门f工藝而大幅減少。

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3D NAND閃存結(jié)構(gòu)

未來的3D NAND可能都會做成可以MLC與TLC工作模式相互切換，也就是用TLC屏蔽一半容量、來充當(dāng)MLC，也就是各種所謂的3bit MLC技術(shù)創(chuàng)新。類似地，東芝的Q300和OCZ TRION 100用的還是更長壽穩(wěn)定的企業(yè)級eTLC聽起來SLC、MLC、TLC不再是涇渭分明。

未來會怎樣發(fā)展呢？我們拭目以待吧！

面對TLC，我們應(yīng)該怎么做？

根據(jù)行業(yè)的消息可知，入門與主流已經(jīng)是TLC的天下，MLC則繼續(xù)在高端領(lǐng)域發(fā)揮它作用。廠商是產(chǎn)品與技術(shù)的推動(dòng)者，我們作為消費(fèi)者只能被動(dòng)接受別人的游戲規(guī)則。

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TLC SSD趨勢不能阻擋

雖然TLC SSD的性能比不過用MLC的SSD，但再糟糕都比HDD要好得多。所以我們要有這個(gè)觀念。第二，在TLC的推動(dòng)下，240GB的SSD已經(jīng)不用400元就能入手，性價(jià)比十分不錯(cuò)?？傊琓LC不再是吳下阿蒙，所以我們不必再擔(dān)心TLC的種種顧慮，盡情使用吧！畢竟質(zhì)保放在這呢。