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什麼是TLC快閃記憶體?TLC SSD能買嗎?

現在又到了快閃記憶體種類交替的時候,今年大量的TLC SSD湧向消費級市場,三星這個已經玩了幾年TLC的就先不說了,SanDisk拿出了Ultra II,東芝旗下的OCZ放出了Trion 100,東芝自己也有Q300,鎂光在11月也推出了BX200參戰,海力士雖然沒做自己的TLC SSD,但是賣了不少TLC快閃記憶體給下游廠家,至於Intel,它會等到明年3D快閃記憶體大批量產時才會弄自己的TLC SSD。

在TLC這條路上,三星絕對是探路先鋒

今後SSD市場的發展趨勢也是TLC會漸漸侵佔MLC的份額,特別是在那些可以MLC/TLC相互切換的3D NAND普及之後,SSD容量會持續上升,價格則會不斷下降,無論大家現在接受與否,TLC快閃記憶體早晚會完全佔領低端市場,MLC依然會憑藉性能上的優勢高端市場的地位無法動搖。

說了這麼多可能有人搞清楚TLC到底是什麼,今天我們就來簡單的介紹一下。

一塊SSD由主控、DRAM緩存和NAND快閃記憶體三種晶片所組成,主控是SSD的大腦,SSD所做的東西全部都是它所控制的;DRAM緩存則是高速緩衝區,具體作用要看主控的演算法而定,有些是用來放LBA表的,有些則是拿來做資料緩存的,更有些方案是沒有外置DRAM緩存,只在主控內置了小量緩存,這樣做的目的有些是為了資料的安全性(如SandForce),有些則是為了降低成本(大多數入門級主控);NAND快閃記憶體則是資料存儲的地方,你的資料全部都存放在裡面。

SLC、MLC、TLC到底是什麼

NAND快閃記憶體的類型有SLC、MLC和TLC這三種,SLC不論性能還是可靠性都是都是最好的,但成本也是最高的;MLC快閃記憶體性能、可靠性次之, 它的性能、可靠性與成本上是相當均衡的,是目前的絕對主力;TLC則是在2012年之後三星才把它帶入SSD市場的,之前主要是用在U盤以及存儲卡上面, 在三星先行了兩年之後今年其他廠商終於跟上了,大量的TLC SSD開始推向市場。

SLC、MLC與TLC的簡單區別

SLC = Single-Level Cell,即1 bit per cell,只存在0和1兩個充電值,結構簡單但是執行效率高。SLC快閃記憶體的優點是傳送速率更快,功率消耗更低和存儲單元的壽命更長。然而,由於每個存儲單元包含的資訊較少,其每百萬位元組需花費較高的成本來生產,由於成本過高你基本上只會在高端的企業級SSD上見到它,流入到消費級平臺上的基本都是非原封的。

MLC = Multi-Level Cell,即2 bit per cell,有00,01,10,11四個充電值,因此需要比SLC更多的存取時間,不過每個單元可以存放比SLC多一倍的資料。MLC快閃記憶體可降低生產成本,但與SLC相比其傳送速率較慢,現在大多數消費級SSD都是使用MLC做的。

TLC = Trinary-Level Cell,即3 bit per cell,每個單元可以存放比MLC多1/2的資料,共八個充電值,所需存取時間更長,因此傳送速率更慢。TLC優勢價格便宜,每百萬位元組生產成本是最低的,但是壽命短,通常用在U盤或者存儲卡這類移動存放裝置上。

TLC快閃記憶體的優劣勢

TLC快閃記憶體的優勢是容量更大,成本更低,舉例來說,同樣的電晶體電路做成64Gb的SLC快閃記憶體,那麼變成MLC、TLC快閃記憶體則可以得到 128Gb、192Gb的容量,這對廠商來說大大降低了成本。

從結果上來看,各種快閃記憶體的物理結構是相同的,但是控制上一個比一個複雜,SLC每個Cell能儲存1個資料,有兩種電位變化,MLC每個Cell能儲存2個資料,有四種電位變化,TLC每個Cell可以儲存3個資料,有8種電位變化 ,MLC和TLC每個Cell單元中有多個信號,是通過控制不同的電壓來實現的,施加不同的電壓就會有更多的電位變化,NAND快閃記憶體單元就可以容納不同的信號組合。

TLC快閃記憶體在P/E壽命、讀寫速度上要比MLC、SLC差很多

但是,TLC快閃記憶體也不是只有光鮮的一面,它帶來的考驗也更大。容納的電位多了可以提升容量,但也使得整個過程更複雜,需要更精確的電壓控制,Program過程所需時間更多,因此寫入性能也會大幅下降,所以現在的TLC SSD都啟用了SLC Cache模式提升寫入速度,否則那個寫入速度是很難讓人接受的;讀取,特別是隨機讀取性能也會受影響,因為需要花更多的時間從八種電信號狀態中區分所需資料。

最關鍵的是快閃記憶體壽命直線下降,MLC的P/E次數至少還有3000-5000次,而TLC公認的P/E指標是1000次,好點的可能做到1500次,依然比MLC差很多。

3D NAND快閃記憶體——TLC未來的出路

說了這麼多傳統的2D TLC快閃記憶體問題確實非常的多,有些問題是可以解決的,比如寫入性能差就可以通過SLC Cache的運用,只要製造一個大容量的緩衝區使用者很多時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。

但是有些東西是解決不了的,傳統的2D快閃記憶體在達到一定密度之後每個電源存儲的電荷量會下降,另外相鄰的存儲單元也會產生電荷干擾,20nm工藝之後,Cell單元之間的干擾現象更加嚴重,如果資料長時間不刷新的話就會出現像之前三星840 Evo那樣的讀取舊檔會掉速的現象,三星後來推出了新固件改善演算法才解決問題,估計新的固件會定時覆寫舊的資料,這樣肯定會對快閃記憶體的壽命有影響。

而3D NAND是不再追求縮小Cell單元,而是通過3D堆疊技術封裝更多Cell單元,這樣也可以達到容量增多的目的。

由於已經向垂直方向擴展NAND密度,那就沒有繼續縮小電晶體的壓力了,所以三星、Intel和美光可以使用相對更舊的工藝來生產3D NAND快閃記憶體,使用舊工藝的好處就是P/E擦寫次數大幅提升,而且電荷干擾的情況也因為使用舊工藝而大幅減少。

還有就是未來的3D NAND可能都會做成可以MLC與TLC工作模式相互切換那種,現在三星已經就這樣做了,850 Pro與850 Evo上的快閃記憶體本質上都是一樣的,只不過前者是以MLC模式運行後者以TLC模式運行,未來Intel與鎂光的3D NAND也會這樣。

2D的TLC快閃記憶體由於各種問題是不會成為主流的,基本上只會有低價入門級的SSD會使用,現在的TLC SSD很多都是試驗性產品,但是等到3D TLC大批量產後,它將會成為未來的主力,現在三星又一次成了探路先鋒,850 Evo就是第一款採用3D TLC的SSD,目前來說還沒有什麼大的問題出現,如果穩定性沒問題的話它將成為未來的TLC SSD的標杆。

最後說一下我們對TLC SSD的購買意見:

對於TLC SSD,大家最擔心的應該就是它的壽命,其實只要用的是原片TLC的話它的P/E還是有一定保證的,東芝的Q300和OCZ TRION 100用的還是更長壽穩定的企業級eTLC,三星的3D NAND壽命也比普通TLC長得多,所以並不需要太過在意SSD的壽命。

至於性能方面,相信大家買TLC SSD都不是為了追求高性能,論性能TLC SSD大多數比不過用MLC的SSD,然而你拿去和HDD來比的話就不一樣了,TLC SSD的性能再糟糕都比HDD要好得多,拿去替換龜速的HDD做系統磁片是絕對沒問題的。

現在的各種TLC SSD單純考慮性價比的話其實還是挺不錯的,論價格的話TLC SSD確實可以做得很低,然而如果TLC SSD的價格和MLC SSD一樣的話它就沒有任何的優勢,買它還不如直接去買MLC SSD得了。