Comprenda la diferencia entre diferentes grados de chips SSD de NAND Flash SLC, MLC, TLC, QLC

El nombre completo de NAND Flash es Memoria Flash, que pertenece a un dispositivo de memoria no volátil (Non-volatile Memory Device).Se basa en un diseño de transistor de puerta flotante y las cargas se bloquean a través de la puerta flotante.Dado que la puerta flotante está aislada eléctricamente, los electrones que llegan a la puerta quedan atrapados incluso después de que se elimina el voltaje.Éste es el fundamento de la no volatilidad flash.Los datos se almacenan en dichos dispositivos y no se perderán incluso si se corta la alimentación.
Según diferentes nanotecnologías, NAND Flash ha experimentado la transición de SLC a MLC, y luego a TLC, y avanza hacia QLC.NAND Flash se usa ampliamente en eMMC/eMCP, disco U, SSD, automóvil, Internet de las cosas y otros campos debido a su gran capacidad y rápida velocidad de escritura.

SLC (nombre completo en inglés (Single-Level Cell – SLC) es un almacenamiento de un solo nivel
La característica de la tecnología SLC es que la película de óxido entre la compuerta flotante y la fuente es más delgada.Al escribir datos, la carga almacenada se puede eliminar aplicando un voltaje a la carga de la puerta flotante y luego pasando a través de la fuente., es decir, solo dos cambios de voltaje de 0 y 1 pueden almacenar 1 unidad de información, es decir, 1 bit/celda, que se caracteriza por su alta velocidad, larga vida útil y gran rendimiento.La desventaja es que la capacidad es baja y el costo alto.

MLC (nombre completo en inglés Multi-Level Cell – MLC) es un almacenamiento multicapa
Intel (Intel) desarrolló con éxito MLC por primera vez en septiembre de 1997. Su función es almacenar dos unidades de información en una puerta flotante (la parte donde se almacena la carga en la celda de memoria flash) y luego usar la carga de diferentes potenciales (Nivel ), Lectura y escritura precisas a través del control de voltaje almacenado en la memoria.
Es decir, 2 bits/celda, cada unidad de celda almacena información de 2 bits, requiere un control de voltaje más complejo, hay cuatro cambios de 00, 01, 10, 11, la velocidad es generalmente promedio, la vida es promedio, el precio es promedio, aproximadamente 3000—10000 veces de vida de borrado y escritura. MLC funciona utilizando una gran cantidad de grados de voltaje, cada celda almacena dos bits de datos y la densidad de datos es relativamente grande y puede almacenar más de 4 valores a la vez.Por tanto, la arquitectura MLC puede tener una mejor densidad de almacenamiento.

TLC (nombre completo en inglés Trinary-Level Cell) es un almacenamiento de tres niveles
TLC es de 3 bits por celda.Cada unidad celular almacena información de 3 bits, que puede almacenar 1/2 más datos que MLC.Hay 8 tipos de cambios de voltaje de 000 a 001, es decir, 3 bits/celda.También existen fabricantes de Flash llamados 8LC.El tiempo de acceso requerido es mayor, por lo que la velocidad de transferencia es más lenta.
La ventaja de TLC es que el precio es barato, el costo de producción por megabyte es el más bajo y el precio es barato, pero la vida es corta, solo alrededor de 1000-3000 borrados y reescritos, pero las partículas TLC SSD altamente probadas pueden utilizarse normalmente durante más de 5 años.

Unidad de almacenamiento de cuatro capas QLC (nombre completo en inglés Quadruple-Level Cell)
QLC también puede denominarse MLC de 4 bits, una unidad de almacenamiento de cuatro capas, es decir, 4 bits/celda.Hay 16 cambios de voltaje, pero la capacidad se puede aumentar en un 33%, es decir, el rendimiento de escritura y la vida de borrado se reducirán aún más en comparación con TLC.En la prueba de rendimiento específica, Magnesium ha realizado experimentos.En términos de velocidad de lectura, ambas interfaces SATA pueden alcanzar los 540 MB/S.QLC tiene un peor rendimiento en velocidad de escritura, porque su tiempo de programación P/E es más largo que MLC y TLC, la velocidad es más lenta y la velocidad de escritura continua es de 520 MB/s a 360 MB/s, el rendimiento aleatorio cayó de 9500 IOPS a 5000 IOPS, una pérdida de casi la mitad.

PD: Cuantos más datos se almacenen en cada unidad celular, mayor será la capacidad por unidad de área, pero al mismo tiempo, esto conduce a un aumento en los diferentes estados de voltaje, lo cual es más difícil de controlar, por lo que la estabilidad del chip NAND Flash empeora y la vida útil se acorta, cada uno con sus propias ventajas y desventajas.

(La vida útil de lectura y escritura de NAND Flash es solo como referencia)
No es difícil ver que el rendimiento de los cuatro tipos de memoria flash NAND es diferente.El costo por unidad de capacidad de SLC es mayor que el de otros tipos de partículas de memoria flash NAND, pero su tiempo de retención de datos es mayor y la velocidad de lectura es más rápida;QLC tiene mayor capacidad y menor costo, pero debido a su baja confiabilidad y longevidad, aún es necesario desarrollar más deficiencias y otras deficiencias.

Desde la perspectiva del costo de producción, la velocidad de lectura y escritura y la vida útil, la clasificación de las cuatro categorías es:
SLC>MLC>TLC>QLC;
Las soluciones principales actuales son MLC y TLC.SLC está dirigido principalmente a aplicaciones militares y empresariales, con escritura de alta velocidad, baja tasa de error y larga durabilidad.MLC está dirigido principalmente a aplicaciones de consumo, su capacidad es 2 veces mayor que SLC, de bajo costo, adecuado para unidades flash USB, teléfonos móviles, cámaras digitales y otras tarjetas de memoria, y también se usa ampliamente en SSD de consumo en la actualidad. .

La memoria flash NAND se puede dividir en dos categorías: estructura 2D y estructura 3D según diferentes estructuras espaciales.Los transistores de puerta flotante se utilizan principalmente para FLASH 2D, mientras que el flash 3D utiliza principalmente transistores CT y puerta flotante.Es un semiconductor, el CT es un aislante, los dos son diferentes en naturaleza y principio.La diferencia es:

Estructura 2D NAND Flash
La estructura 2D de las celdas de memoria sólo está dispuesta en el plano XY del chip, por lo que la única forma de lograr una mayor densidad en la misma oblea utilizando la tecnología flash 2D es reducir el nodo de proceso.
La desventaja es que los errores en la memoria flash NAND son más frecuentes en los nodos más pequeños;Además, existe un límite para el nodo de proceso más pequeño que se puede utilizar y la densidad de almacenamiento no es alta.

Estructura 3D NAND Flash
Para aumentar la densidad de almacenamiento, los fabricantes han desarrollado la tecnología 3D NAND o V-NAND (NAND vertical), que apila celdas de memoria en el plano Z en la misma oblea.

En la memoria flash 3D NAND, las celdas de memoria están conectadas como cadenas verticales en lugar de cadenas horizontales en 2D NAND, y construir de esta manera ayuda a lograr una alta densidad de bits para la misma área del chip.Los primeros productos 3D Flash tenían 24 capas.