最新详细的固态硬盘闪存芯片详解,SLC,MLC,TLC NAND FLASH的介绍

在介绍AXD TurboMLC®技术前介绍一下NAND闪存的类型，带你们理解此技术的重要性，目前主要有三种：单层的SLC，速度快、耐用性好，但是成本高、容量小，多用在企业级产品中；多层的MLC，成本低，容量大，但是速度慢、耐用性一般，是消费级固态硬盘的主力；三层的TLC，成本最低廉，但是耐用性最差，常用于入门级低价产品。

   目前市面上的固态硬盘所采用的闪存芯片主要有MLC（Multi-Level Cell）和TLC（Trinary-Level Cell）两种，AXD安信达主要定位工业嵌入式以军工领域使用的都是最好的SLC闪存芯片和高PE值高寿命的MLC闪存芯片 ，从而保障AXD SSD固态硬盘 DOM电子盘系列产品的优良性能，为用户提供长久可靠的使用体验。

•   SLC：

SLC全称单层式储存 (Single Level Cell），是指一个Block（块，Flash的基本存储单元，也可称为Cell）只有两种电荷值，高低不同的电荷值表明0或者1，因为只需要一组高低电压就可以区分出0或者1信号，所以SLC最大的驱动电压可以做到很低
              
                                        （图1）
SLC因为结构简单（ 图1 ），在写入数据时电压变化的区间小，所以寿命较长，传统的SLC Flash可以经受10万次的读写，因此出现坏Block的几率较小，因为存储结构非常简单，一组电压即可驱动，所以其速度表现更好，目前所有的超高速卡都采用SLC类型的Flash芯片。不过这种一个Block只存储一组数据的模式无法在相同的晶圆面积上实现较高的存储密度，所以只能在工艺制程方面努力进步，才能满足用户在容量方面的要求。

• MLC：

MLC全称多层式储存（Multi Leveled Cell）是那种充分利用Block的技术，它采用较高的电压驱动，通过不同级别的电压在一个Block中记录两组位信息（00、01、11、10），这样就可以将原本SLC的记录密度理论提升一倍（图2），
         
                                  （图2）
  这对于曾经工艺制程遇到瓶颈的NAND Flash而言，是非常好的消息。不过MLC除了同制程、同晶圆面积时理论大一倍的记录空间外，存在一些先天的弊端，比如说电压区间更小，Flash就需要更多的CRC校验空间，这会大概占据Block中10%的空间，因此实际使用中同制程同晶圆面积的MLC的容量不到SLC的一倍。因为电压变化更频繁，所以MLC技术的Flash在寿命方面远劣于SLC，官方给出的可擦写次数仅为1万次，也就是说一张512MB的USB闪存盘，你写入512MB的数据1万次（理想状态），它就完蛋了，这可能是MLC最要命的一个缺点。MLC技术的Flash还有一个缺点，它的读写速度先天不如SLC，一个Block存储两组位数据，自然需要更长的时间，这里面还有电压控制、CRC写入方式等因素需要考虑。综合而言，SLC在寿命和性能方面拥有独特的优势，不过需要更好的工艺制程才能拥有较大的容量。而MLC虽然在容量方面有先天的优势，但在速度和寿命方面存在先天的不足。

• TLC :

TLC 全称（Trinary-Level Cell）即3bit/cell，也有Flash厂家叫8LC，速度慢寿命短，价格便宜，约500次擦写寿命，目前还没有厂家能做到1000次，TLC目前较多使用在要求不高的USB 存储卡低端产品， 
   TLC从成本考虑，采用了三层设计，即每1个单元同一时间存储3位数据。其特点是存储密度高，相同存储空间的制造成本更低，但代价是相对较低的写入速度和较差的耐久力。TLC芯片的P/E（闪存颗粒存储次数）约为500～1K，有8种存储状态，分别是000、001、010、100、011、101、110、111。

• 总结：MLC是低成本解决方案，而SLC高性能高成本的代表者，两者的性能（尤其是随机写入方面）、读写寿命都存在很大差异,TLC是低阶产品代名词，

（图3）

来解释为什么三种不同类型的FLASH成本相差如此大，简单的说明就是做一颗16GB SLC=一颗32GB MLC=一颗48GB TLC。

• 工艺对NADN FLASH 寿命影响

  随着晶圆制造的工艺提升，半导体生产成本会不断下降，特别是对于CPU或者其他控制器等产品是绝好的消息，对于只读取不写如的半导体产品，例如CPU 14nm工艺可以填充更多的晶体管，拥有更强性能。但是对于既要读取又要写入NAND FLASH不知道是好事还是坏事，好事是成本下降 坏事是寿命降低。
例如使用一颗采用34nm制成的 SLC颗粒，P/E值可以达到10万次，更新到25NM之后就变成了6万次。
例如MLC颗粒，一颗采用34nm制成的 SLC颗粒，P/E值可以达到1万次，更新到25NM之后就变成了5000次，更新到20NM变成了3000，在更新到16nm 变成了2000不到。但是相信这是一个趋势，作为专业工业嵌入式固态存储解决方案厂商-AXD安信达也不例外会跟着市场大流前进，但是AXD安信达始终有自己的产品理念，重点坚持好自己产品理念服务好不同需求的客户。
 工业级存储解决方案：

IDE DOM
SATA DOM， Hifa Slim SSD(MO-297)
mSATA SSD， 
2.5" SATA， SSD
2.5" PATA SSD，
1.8" SATA SSD，
1.8" PATA SSD，
工业级 环境工作温度符合-20-75°
 使用6万P/E值的SLC闪存颗粒以及超过3000次P/E值的精选MLC。
    
军工定制存储解决方案：
   宽温SATA SSD
   宽温PATA SSD
   定制级一键销毁功能SSD固态硬盘
   定制级防止拆卸功能SSD
   超宽温SSD，
    宽温军工级产品环境工作温度符合-40-85°
 使用6万P/E值的工业级SLC闪存颗粒以及超过5000次P/E值的工业级MLC。
 
商用级存储解决方案：
  2.5" SATA3 6Gb/s
  mSATA SSD 6Gb/s（JEDEC MO-300 )
    商用级产品 环境工作温度符合-0-70°
 使用最新制成的MLC，P/E值达到2000-2500次。

•   关于TBW ：

   TBW=最大写入寿命（TB=1024GB  W=写）PE=FLASH颗粒擦写值
说明：采用符合工业标准设计，采用工规要求高P/E值寿命 MLC颗粒，平均无故障高达200W小时。      
  关于PE=FLASH颗粒擦写值说明：
     SLC>MLC>TLC (PE值： SLC：100000-50000  MLC：10000-1500  TLC：500-1000
      越是新的制成颗粒寿命越低，
     例如MLC：
        34nm=10000
        25nm=5000 
        19nm=3000 
        16nm=1500或者2000

AXD安信达--作为专业工业嵌入式固态存储解决方案制造商,提供DOM盘,SATA电子硬盘,IDE DOM电子盘,工业级SSD,宽温军工级硬盘,单芯片级集成SSD,嵌入式存储卡等固态存储产品研发生产制造以及相关服务。
       全国免费服务热线:4006-918-520                             www.axdssd.com