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PLC比 QLC 性能更差、更不耐用、寿命更短?!

* 来源 : * 作者 : admin * 发表时间 : 2019-08-28
去年 QLC NAND Flash 储存产品正式推出市场,虽然 QLC 容量大、价格便宜,但 TLC 即使价格较贵但相对稳定性更好,不少用家都仍会选择 TLC NAND Flash 产品,不过在大家还对 QLC 心存疑虑的时候,再下一代的 PLC 亦准备要来了。Toshiba 最近在国际储存峰会上展示了未来的 NAND Flash 生产路线图,其中重点讲解了自家的多层堆叠闪存颗粒规划以及 QLC 之后的 PLC 颗粒的情况。
1989 年,Toshiba 发表了 NAND Flash 结构,强调降低每比特的成本,更高的性能,并且像磁碟一样可以通过接口轻松升级。按照储存方式划分,NAND Flash 已经发展了四代:
 
📍 第一代 SLC 每单元可储存 1 bits/cell 数据,性能好、寿命长,可经受 10 万次编程/擦写循环,但容量低、成本高,如今已经非常罕见;
 
📍 第二代 MLC 每单元可储存 2bits/cell 数据,性能、寿命、容量、成各方面比较均衡,可经受 1 万次编程/擦写循环,现在只有在少数高阶 SSD 中可以见到;
 
📍 第三代 TLC 每单元可储存 3bits/cell 数据,性能、寿命变差,只能经受 3 千次编程/擦写循环,但是容量可以做得更大,成本也可以更低,是当前最普及的;
 
📍 第四代 QLC 每单元可储存 4bits/cell 数据,性能、寿命进一步变差,只能经受 1000 次编程/擦写循环,但是容量更容易提升,成本也继续降低。
 
 
每 Cell 单元储存数据越多,单位面积容量就越高,但同时导致不同电压状态越多,越难控制,所以导致颗粒稳定性越差,寿命低,各有利弊。相对于 SLC 来说,MLC 的容量大了 100%,寿命缩短为 SLC 的 1/10,相对于 MLC 来说,TLC 的容量大了50%,寿命缩短为 MLC 的 1/20。
 
QLC 出现的时间很早,但一直未被人关注过,QLC 颗粒跟前几种颗粒相比最大的优势是价格便宜,容量大,虽然 P/E 寿命低,但是大容量很好的弥补了这个弱点。
 
目前在 SLC、MLC、TLC、QLC NAND Flash 颗粒中,TLC 已经是主角,QLC 是未来发展趋势,TLC 又有 3D-TLC 与 2D-TLC两种,3D-TLC 又再细分为 32 层 3D-TLC 、64 层 3D-TLC 及最新的 96 层 3D-TLC。
 
至于 QLC 之后就由 PLC ( Penta Level Cells )去接替,PLC 也就是每个 NAND Flash 单元中将会容纳 5bits/cell 数据,不过 PLC 需要主控制器准确控制 32 路电压,因此挑战相当大。
 
目前 Toshiba 自家的 3D 多层堆叠式 BiCS NAND 已经发展到第 4 代,并已开始 BiCS NAND 的第五代到第七代的研发,在接下去的每一代 BiCS 中,新产品都将与新一代的 PCIe 标准相一致,比如 BiCS 5 会对应 PCIe 4.0,BiCS 6 会对应 PCIe 5.0 等。频宽方面,BiCS 5 将具有更高的 1200 MT/s,而 BiCS6 将达到 1600 MT/s、BiCS7 更能达到 2000 MT/s 频宽。
 
由于 NAND 结构不断复杂,写入性能及可靠性也随之而下降,由 SLC、MLC、TLC 到 QLC 的写入性能已越来越低,为了解决此问题,Toshiba 表示在 NVMe 协议中的新功能如 ZNS(分区命名空间)应该有助于缓解其中的一些问题,ZNS 设计之初是用于减少写入放大、减少过载和 DRAM 高占用,当然,也能提高吞吐量和改善延迟。

至于推出时间,Toshiba 提到BiCS 5 将很快与 PCIe 4.0 同步上市,但未有确实提供具体的时间表。
 

随着 NAND Flash 产品的发展,QLC 将会带动 SSD 产品容量的提升,并很快会成为主流。不过从目前来看, QLC 要超越机械硬碟容量还有一定难度,只能说可以打成平手,所以 SSD 容量要追过机械硬碟的话,未来可能就要靠 PLC NAND Flash,不过就要在连续读写速度及寿命两方面取舍了。