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3.3.2 閃存的三六九等:SLC、MLC以及TLC



NAND的分類

  即便同為NAND閃存也有三六九等之分,上面這張金字塔排列就顯示了六種不同的NAND閃存,從下到上性能、可靠性依次升高,但是價格也水漲船高。


超極速SSD是參測SSD中唯一一款使用SLC閃存的,在性能測試中表現非常突出

  金字塔頂端的是SLC,可靠性、壽命、性能還有價格都是最高的,使用SLC閃存的要么針對不計成本的企業級市場,要么就是做幾款產品展示形象的。

  第二級的是Clear NAND,它的特殊之處在于內建ECC糾錯支持,這樣SSD主控就不需要ECC處理了,負擔就少多了,Clear NAND主要是美光在做。

  再往下就是MLC的天下了,但是MLC也有很大區別。最好的是Enterprise Synch MLC(企業級同步MLC),可靠性和壽命針對企業級市場做了優化。之后就是Synch/Toggle MLC(同步/反復MLC),其中Toggle MLC多為東芝出品,當然Toggle陣營中也有企業級閃存,與企業級同步MLC對應。

  SSD中應用比較多的其實還有Asynch MLC(異步MLC),價格便宜量又足,性能也不算差,重點就是消費級市場。

  金字塔最底端的是TLC,它也很特殊,從前兩年就開始嚷嚷相應的TLC SSD,去年11月份OCZ就宣布將在今年推出TLC產品,不過到現在也什么動靜,關鍵的問題就在TLC可靠性太差,性能也低,除了容量提升之外很難有說服人的理由。

  SLC、MLC以及TLC到底有什么區別呢?

  繼續前面的問題,施加電壓會導致浮柵極電位變化,那么施加不同的電壓就會有更多的電位變化,NAND閃存單元就可以容納不同的信號組合,這也就是SLC、MLC以及TLC的區別。

  這幾種閃存的物理結構是相同的,SLC(single-level-cell)是最簡單的一種,加電就是1,斷電就是0。

  MLC (multi-level-cell)就是每個cell單元中有多個信號,通過控制不同的電壓來實現的,常見的是2個電信號的,它的信號組合有11,01,00,10四種,也就是可儲存的容量提升了。

  TLC(Triple-level-cell)實際上也是MLC中的一種,不過常說的MLC幾乎就是特指2個信號位的。TLC每個Cell單元中可榮內的信號更多,有000,001,010,011,111,110,100,101這8種,容量會更大。


MLC會帶來容量的增加(圖片來源anandtech)

  提升容量、降低成本是MLC及TLC最大的優點,但是負面影響也很嚴重。

  1.MLC性能下降

  MLC需要更精確的電壓控制,program過程所需時間更多,因此寫入性能也會大幅下降,理論上只有SLC的1/4;讀取,特別是隨機讀取性能也會受影響,因為需要花更多的時間從四種電信號狀態中區分所需數據,讀取性能只有SLC的1/3。


SLC與MLC性能對比

  2.MLC可靠性下降

  SLC閃存一次P/E循環只需要擊穿一次氧化層,而MLC需要不同的電壓多次擊穿氧化層,物理損害比SLC要嚴重得多,MLC的寫入次數指數級下降,比如SLC的理論壽命是1萬-10萬次,而MLC的寫入壽命上限就只有1萬次,而且隨著工藝的進步,這個數值還在下降,25nm MLC普遍只有3000-5000次。

  3.MLC需要更高的糾錯

  由于電壓分的更細,MLC在讀取數據的過程中需要提高敏感度,不然就容易出現讀錯數據的可能,也就是說MLC出錯的幾率增大了,糾錯要求也必須隨之提高,反應在SSD上就是需要更強的ECC機制。

  除了上面提到的幾點缺陷之外,MLC的漏電流、電壓邊界位移(voltage margin shifting)現象也增加了,MLC的功耗和發熱也更高,這些都是MLC帶來的問題,雖然相比前面幾個并不算嚴重。

  說了這么多MLC的“壞話”,其實也沒必要,因為SLC的成本和售價不是誰都能接受的,而MLC帶來的好處是極具誘惑力的,它帶來的問題可以通過技術手段緩解,至少SSD的主流還是MLC,而且針對企業級應用的MLC在可靠性和壽命上一樣有保障。


文章導航
1. 14款熱門SSD評測——超能網SSD大橫評
32.7.6 性能測試數據匯總及分析
2.1 前言:HDD尋春苦未至,SSD花開正當時
33.8.1 GC效率測試:SF主控
3.2.1 降價之風愈演愈烈,SSD飛入尋常百姓家
34.8.2 GC效率測試:其他主控
4.2.2 市售熱門SSD型號盤點
35.8.3 TRIM性能測試
5.3.1 速度不是唯一,SSD真正的優勢在哪?
36.9.1 SSD功耗測試方法
6.3.2 主控芯片:SSD的大腦
37.9.2 功耗測試成績
7.3.2.1 Marvell主控
38.10.1 120/128GB SSD選購參考意見
8.3.2.2 SandForce主控
39.10.2 有關SSD近期發展趨勢及感想
9.3.2.3 其他SSD主控
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11.3.3.2 SLC vs MLC:性能、成本與可靠性
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31.7.5 Photoshop CS5文件載入與保存測試
62.12.4 浦科特M3P固件刷新教程
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  • 這些評論亮了
  • 游客  2014-03-28 06:39

    能不能做一個新版SSD的測評?

    已有7次舉報

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    157#

  • 游客  2012-12-18 14:53

    這篇文章簡直是神作,要多少人費多少時間才能寫出來啊,辛苦了,再次表示尊敬...By whidy blog.

    支持(42)  |   反對(0)  |   舉報  |   回復

    137#

  • 游客  2016-02-03 23:25

    建興睿速T9 就是Marvell 88SS9187主控!怎么市面上沒有呢?我都在用了!

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    160#

  • Tech學前班 2016-01-23 11:12

    而且我認為 存儲設備哪有什么默認的 OP空間 一說,完全就是單位轉化造成的數值的差異,U盤、機械硬盤、SSD、TF卡、SD卡 等等 要是都有人為的OP空間,想想一下 這個世界上所有的OP空間加起來是多么巨大的浪費?對于把利益放在第一位的廠商來說,這完全就是不可能發生的事情!

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    159#

  • Tech學前班 2016-01-23 11:06

    3.6.1中 OP空間 那段我覺得有錯 “256GB容量SSD的宣稱字節數是256,000,000,000,而閃存的真實容量是256x1024x1024x1024=274,877,906,944字節,如果按廠商的方式換算就是275GB左右了” 這句話中 256乘以1024 應該就錯了吧。
    3.6.2中 SSD可用容量 這句話 “也就人是說從晶圓廠的1024轉到SSD廠商的1000,然后再從這個1000的比列轉回到操作系統的1024,容量還會再減少一次?!蔽揖醯檬譴淼?。現在的儲存設備不論是廠商還是晶圓廠都是 按照 1kb=1000字節 來計算的吧。
    拿例子中 256GB 硬盤來計算 實際可用容量是 256,000,000,000/1024/1024/1024=238.42GB
    OP=(256-238.42)/238.42=7.37% 這樣才對啊

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    158#

  • 游客  2014-03-27 16:21

    孔壓下

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    156#

  • 游客  2013-10-30 18:23

    使用免費的分區助手的“分區對齊”功能也能實現對沒有4KB對齊的分區進行對齊。

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    155#

  • ngcw1986大學生 2013-09-07 15:19

    為啥點了收藏卻什么也沒發生呢?

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    154#

  • 游客  2013-08-31 21:21

    這個小編實在是太太太太厲害了?。?!

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    153#

  • 游客  2013-08-15 18:08

    之前在其它資料上面看到TRIM GC 等性能,就是一知半解的,這篇文章里面講解的,我居然看懂了!感謝分享!

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    152#

  • philip管理員 2013-08-08 16:41

    網友 [lancon] 的原貼:1樓
    教科書般的評測,讓人又長知識,又長見識!不用再去無頭緒的亂找,無系統地學習SSD的相關知識,盡在這個評測中!看了這篇文章,我就馬上注冊了超能網,并將網址托托地放到了收藏夾里!~~ 再次感謝作者的辛勞和付出!
    要常來!

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    151#

  • lancon 2013-07-12 22:16

    教科書般的評測,讓人又長知識,又長見識!不用再去無頭緒的亂找,無系統地學習SSD的相關知識,盡在這個評測中!看了這篇文章,我就馬上注冊了超能網,并將網址托托地放到了收藏夾里!~~ 再次感謝作者的辛勞和付出!

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    150#

  • 游客  2013-06-21 20:00

    Goooooooooood Job!

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    149#

  • 游客  2013-05-04 17:32

    這小編是有多蛋疼??!可以出書了!怒贊……

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    148#

  • 游客  2013-04-19 00:51

    很牛B的文章啊,我看了幾個小時的散文,最后才看到這一本固態全書

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    147#

  • 游客  2013-04-18 15:28

    小編是塞博坦星球來的吧

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    146#

  • 游客  2013-02-18 14:55

    SSD知識普及文獻?。?!值得收藏!

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    145#

  • 游客  2013-02-18 10:18

    評測很有用處 感謝小編 很詳細

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    144#

  • 游客  2012-12-31 21:04

    網友 [Guest] 的原貼:1樓
    能否把三星840和840Pro加入?
    有空的話我會考慮的,順便把新測試的數據也導入去

    支持(4)  |   反對(0)  |   舉報  |   回復

    143#

  • 游客  2012-12-29 23:57

    能否把三星840和840Pro加入?

    支持(1)  |   反對(0)  |   舉報  |   回復

    142#

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