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NAND闪存技术的终极指南

DrHitch——Fotolia

这篇文章是我们基本指南的一部分:3D NAND技术:它是什么以及它的发展方向

NAND闪存技术的发展支持QLC

QLC NAND提高了闪存设备的存储容量,但设备损耗的速度比其他NAND类型更快,因为同一个单元可以写入更多的数据。

围绕NAND闪存技术的创新主要集中在改进3D NAND和增加每个闪存单元可以存储的比特数。

3D NAND技术(有时也被称为V-NAND)的设计就是为了克服这个问题闪存容量限制和降低每位成本。存储单元的物理大小限制了放置在二维模具上的单元的数量,这也限制了总体存储容量。和3 d NAND闪存内存通过在垂直层上堆叠存储单元克服了这些限制,以指数方式增加存储容量。

在NAND闪存技术发展的早期,单层单元(SLC)架构是主流。使用SLC NAND,每个存储单元可以存储1位信息。随着时间的推移,存储供应商引入了多级单元(MLC)和三级单元(TLC) NAND闪存,每个单元分别存储2位和3位。四层细胞(QLC)进一步增加存储容量通过允许4位数据存储在每个单元。

QLC缺点

虽然QLC技术是相对较新的,它显著地提高了容量,它可能是最后一个通过增加单元能存储的比特.这是因为以这种方式增加容量有几个问题。

第一个问题与可靠性有关。随着比特被添加到存储单元中,要确定它们的价值就变得越来越困难。在多个写周期的过程中细胞开始降解,使得精确读取位值变得更加困难。错误修正可能会有所帮助,但单元格最终会退化到无法读取内容的地步。

另一个问题是,尽管增加比特数会增加存储媒体的总容量,但也会使其变慢。考虑每一种NAND闪存技术擦除一个单元所需要的时间:在SLC驱动器上,单元擦除大约需要1.5到2毫秒。MLC体系结构将擦除时间增加到3毫秒。TLC细胞的细胞清除时间约为5毫秒。虽然QLC没有确切的数据,但擦除时间估计超过6毫秒。

但是给细胞添加比特的最大问题是这样做会导致细胞磨损更快.SLC驱动器可以忍受大约100,000个程序/擦除周期。对于MLC驱动器,这个数字骤降到每个电池约3000次。TLC驱动器每个细胞只有大约1000个写周期,根据一些估计,aQLC开车可能每个细胞只能承受大约100个写周期。

耐久性的下降TLC和QLC NAND闪存技术可能使它们看起来最适合作为高性能归档系统使用。制造商似乎也可以通过在每个单元上增加几个比特来创建“一次写多读多”的闪存。但是,即使是在容量方面,增加比特的回报也在递减。

MLC使SLC的容量加倍。TLC比MLC增加了约50%的容量。与TLC相比,QLC仅获得33%的容量增益.容量增益会随着比特数的增加而继续下降。

问题仍然是:如果细胞只能使用QLC驱动器,为什么还会有人使用QLC驱动器忍受100次写作周期?简单的回答是,尽管单元格在100个写周期后失效,但整个驱动器的失效速度并不快。存储供应商采用了许多技巧来延长他们的QLC驱动器的寿命,包括损耗均衡和过度供应。

在未来,存储供应商可能会找到其他技术提高NAND的容量闪存技术。在短期内,希望供应商努力改进3D NAND,并增加存储架构中的层数。一些供应商已经开始尝试逻辑组件的堆叠。通过堆叠这些组件,可以在模具上为额外的存储单元提供更多的空间。

下一个步骤

分解不同的NAND闪存类型

实现企业QLC固态硬盘的突破

固态存储发展

深入挖掘应用程序的闪存存储

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