Comprendere la differenza tra i diversi gradi di chip SSD di NAND Flash SLC, MLC, TLC, QLC

Il nome completo della NAND Flash è Flash Memory, che appartiene ad un dispositivo di memoria non volatile (Non-volatile Memory Device).Si basa su un design a transistor a gate flottante e le cariche vengono bloccate attraverso il gate flottante.Poiché il gate flottante è isolato elettricamente, gli elettroni che raggiungono il gate rimangono intrappolati anche dopo aver rimosso la tensione.Questa è la logica della non volatilità del flash.I dati vengono archiviati in tali dispositivi e non andranno persi anche se l'alimentazione viene spenta.
Secondo le diverse nanotecnologie, NAND Flash ha vissuto la transizione da SLC a MLC, e poi a TLC, e si sta muovendo verso QLC.NAND Flash è ampiamente utilizzato in eMMC/eMCP, dischi U, SSD, automobili, Internet delle cose e altri campi grazie alla sua grande capacità e all'elevata velocità di scrittura.

SLC (nome completo inglese (Single-Level Cell – SLC) è un sistema di archiviazione a livello singolo
La caratteristica della tecnologia SLC è che il film di ossido tra il gate flottante e la sorgente è più sottile.Durante la scrittura dei dati, la carica immagazzinata può essere eliminata applicando una tensione alla carica del gate flottante e quindi facendola passare attraverso la sorgente., ovvero solo due variazioni di tensione di 0 e 1 possono memorizzare 1 unità di informazione, ovvero 1 bit/cella, che è caratterizzata da velocità elevata, lunga durata e prestazioni elevate.Lo svantaggio è che la capacità è bassa e il costo è elevato.

MLC (nome completo inglese Multi-Level Cell – MLC) è uno storage multistrato
Intel (Intel) ha sviluppato per la prima volta con successo MLC nel settembre 1997. La sua funzione è quella di memorizzare due unità di informazioni in un Floating Gate (la parte in cui la carica è immagazzinata nella cella di memoria flash), e quindi utilizzare la carica di diversi potenziali (Livello ), Lettura e scrittura accurate grazie al controllo della tensione archiviato in memoria.
Cioè, 2 bit/cella, ogni unità cella memorizza informazioni a 2 bit, richiede un controllo della tensione più complesso, ci sono quattro modifiche di 00, 01, 10, 11, la velocità è generalmente media, la vita è media, il prezzo è medio, circa 3000-10000 volte di cancellazione e scrittura. L'MLC funziona utilizzando un gran numero di gradi di tensione, ciascuna cella memorizza due bit di dati e la densità dei dati è relativamente grande e può memorizzare più di 4 valori alla volta.Pertanto, l'architettura MLC può avere una migliore densità di archiviazione.

TLC (nome completo inglese Trinary-Level Cell) è uno storage a tre livelli
TLC è 3 bit per cella.Ciascuna unità cella memorizza informazioni a 3 bit, che possono memorizzare 1/2 dati in più rispetto all'MLC.Esistono 8 tipi di variazioni di tensione da 000 a 001, ovvero 3 bit/cella.Esistono anche produttori di Flash chiamati 8LC.Il tempo di accesso richiesto è più lungo, quindi la velocità di trasferimento è più lenta.
Il vantaggio di TLC è che il prezzo è economico, il costo di produzione per megabyte è il più basso e il prezzo è economico, ma la durata è breve, solo circa 1000-3000 cancellazioni e riscritture, ma le particelle SSD TLC pesantemente testate possono essere utilizzato normalmente per più di 5 anni.

Unità di archiviazione a quattro strati QLC (nome completo inglese Quadruple-Level Cell).
QLC può anche essere chiamato 4bit MLC, un'unità di memorizzazione a quattro strati, ovvero 4bit/cella.Ci sono 16 variazioni di tensione, ma la capacità può essere aumentata del 33%, ovvero le prestazioni di scrittura e la durata di cancellazione saranno ulteriormente ridotte rispetto a TLC.Nel test specifico delle prestazioni, Magnesium ha effettuato esperimenti.In termini di velocità di lettura, entrambe le interfacce SATA possono raggiungere 540MB/S.QLC ha prestazioni peggiori in termini di velocità di scrittura, poiché il suo tempo di programmazione P/E è più lungo di MLC e TLC, la velocità è più lenta e la velocità di scrittura continua è compresa tra 520 MB/s e 360 ​​MB/s, le prestazioni casuali sono scese da 9500 IOPS a 5000 IOPS, una perdita di quasi la metà.

PS: Più dati vengono memorizzati in ciascuna unità cellulare, maggiore è la capacità per unità di area, ma allo stesso tempo porta ad un aumento dei diversi stati di tensione, che è più difficile da controllare, quindi la stabilità del chip NAND Flash peggiora e la durata si accorcia, ciascuno con i propri vantaggi e svantaggi.

(La durata di lettura e scrittura di NAND Flash è solo di riferimento)
Non è difficile notare che le prestazioni dei quattro tipi di memoria flash NAND sono diverse.Il costo per unità di capacità della SLC è superiore a quello di altri tipi di particelle di memoria flash NAND, ma il tempo di conservazione dei dati è più lungo e la velocità di lettura è più rapida;QLC ha una capacità maggiore e un costo inferiore, ma a causa della sua bassa affidabilità e longevità, le carenze e altre carenze devono ancora essere ulteriormente sviluppate.

Dal punto di vista dei costi di produzione, della velocità di lettura e scrittura e della durata, la classifica delle quattro categorie è:
SLC>MLC>TLC>QLC;
Le attuali soluzioni tradizionali sono MLC e TLC.SLC è rivolto principalmente ad applicazioni militari e aziendali, con scrittura ad alta velocità, basso tasso di errore e lunga durata.MLC è principalmente rivolto ad applicazioni di livello consumer, la sua capacità è 2 volte superiore a SLC, a basso costo, adatto per unità flash USB, telefoni cellulari, fotocamere digitali e altre schede di memoria ed è oggi ampiamente utilizzato anche negli SSD di livello consumer .

La memoria flash NAND può essere divisa in due categorie: struttura 2D e struttura 3D in base a diverse strutture spaziali.I transistor a gate flottante vengono utilizzati principalmente per 2D FLASH, mentre il flash 3D utilizza principalmente transistor CT e gate flottante.È un semiconduttore, CT è un isolante, i due sono diversi per natura e principio.La differenza è:

Struttura 2D NAND Flash
La struttura 2D delle celle di memoria è disposta solo sul piano XY del chip, quindi l'unico modo per ottenere una densità maggiore nello stesso wafer utilizzando la tecnologia flash 2D è ridurre il nodo del processo.
Lo svantaggio è che gli errori nella flash NAND sono più frequenti per i nodi più piccoli;inoltre, esiste un limite al nodo di processo più piccolo che può essere utilizzato e la densità di archiviazione non è elevata.

Struttura 3D NAND Flash
Per aumentare la densità di archiviazione, i produttori hanno sviluppato la tecnologia 3D NAND o V-NAND (NAND verticale), che impila le celle di memoria nel piano Z sullo stesso wafer.

Nella flash NAND 3D, le celle di memoria sono collegate come stringhe verticali anziché come stringhe orizzontali nella NAND 2D e la costruzione in questo modo aiuta a ottenere un'elevata densità di bit per la stessa area del chip.I primi prodotti 3D Flash avevano 24 livelli.