固態(tài)硬盤知識(shí)科普：何為TLC、MLC？

現(xiàn)在又到了閃存種類交替的時(shí)候，今年大量的TLC SSD涌向消費(fèi)級(jí)市場(chǎng)，三星這個(gè)已經(jīng)玩了幾年TLC的就先不說(shuō)了，SanDisk拿出了UltraII，東芝旗下的OCZ放出了Trion 100，東芝自己也有Q300，鎂光在11月也推出了BX200參戰(zhàn)，海力士雖然沒(méi)做自己的TLCSSD，但是賣了不少TLC閃存給下游廠家，至于Intel，它會(huì)等到明年3D閃存大批量產(chǎn)時(shí)才會(huì)弄自己的TLC SSD。

在TLC這條路上，三星絕對(duì)是探路先鋒

今后SSD市場(chǎng)的發(fā)展趨勢(shì)也是TLC會(huì)漸漸侵占MLC的份額，特別是在那些可以MLC/TLC相互切換的3DNAND普及之后，SSD容量會(huì)持續(xù)上升，價(jià)格則會(huì)不斷下降，無(wú)論大家現(xiàn)在接受與否，TLC閃存早晚會(huì)完全占領(lǐng)低端市場(chǎng)，MLC依然會(huì)憑借性能上的優(yōu)勢(shì)高端市場(chǎng)的地位無(wú)法動(dòng)搖。

說(shuō)了這么多可能有人搞清楚TLC到底是什么，今天我們就來(lái)簡(jiǎn)單的介紹一下。

一塊SSD由主控、DRAM緩存和NAND閃存三種芯片所組成，主控是SSD的大腦，SSD所做的東西全部都是它所控制的；DRAM緩存則是高速緩沖區(qū)，具體作用要看主控的算法而定，有些是用來(lái)放LBA表的，有些則是拿來(lái)做數(shù)據(jù)緩存的，更有些方案是沒(méi)有外置DRAM緩存，只在主控內(nèi)置了小量緩存，這樣做的目的有些是為了數(shù)據(jù)的安全性（如SandForce），有些則是為了降低成本（大多數(shù)入門級(jí)主控）；NAND閃存則是數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的地方，你的數(shù)據(jù)全部都存放在里面。

SLC、MLC、TLC到底是什么

NAND閃存的類型有SLC、MLC和TLC這三種，SLC不論性能還是可靠性都是都是最好的，但成本也是最高的；MLC閃存性能、可靠性次之，它的性能、可靠性與成本上是相當(dāng)均衡的，是目前的絕對(duì)主力；TLC則是在2012年之后三星才把它帶入SSD市場(chǎng)的，之前主要是用在U盤以及存儲(chǔ)卡上面，在三星先行了兩年之后今年其他廠商終于跟上了，大量的TLCSSD開始推向市場(chǎng)。

SLC、MLC與TLC的簡(jiǎn)單區(qū)別

SLC = Single-Level Cell，即1 bit percell，只存在0和1兩個(gè)充電值，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單但是執(zhí)行效率高。SLC閃存的優(yōu)點(diǎn)是傳輸速度更快，功率消耗更低和存儲(chǔ)單元的壽命更長(zhǎng)。然而，由于每個(gè)存儲(chǔ)單元包含的信息較少，其每百萬(wàn)字節(jié)需花費(fèi)較高的成本來(lái)生產(chǎn)，由于成本過(guò)高你基本上只會(huì)在高端的企業(yè)級(jí)SSD上見到它，流入到消費(fèi)級(jí)平臺(tái)上的基本都是非原封的。

MLC = Multi-Level Cell，即2 bit percell，有00,01,10,11四個(gè)充電值，因此需要比SLC更多的訪問(wèn)時(shí)間，不過(guò)每個(gè)單元可以存放比SLC多一倍的數(shù)據(jù)。MLC閃存可降低生產(chǎn)成本，但與SLC相比其傳輸速度較慢，現(xiàn)在大多數(shù)消費(fèi)級(jí)SSD都是使用MLC做的。

TLC = Trinary-Level Cell，即3 bit percell，每個(gè)單元可以存放比MLC多1/2的數(shù)據(jù)，共八個(gè)充電值，所需訪問(wèn)時(shí)間更長(zhǎng)，因此傳輸速度更慢。TLC優(yōu)勢(shì)價(jià)格便宜，每百萬(wàn)字節(jié)生產(chǎn)成本是最低的，但是壽命短，通常用在U盤或者存儲(chǔ)卡這類移動(dòng)存儲(chǔ)設(shè)備上。

TLC閃存的優(yōu)劣勢(shì)

TLC閃存的優(yōu)勢(shì)是容量更大，成本更低，舉例來(lái)說(shuō)，同樣的晶體管電路做成64Gb的SLC閃存，那么變成MLC、TLC閃存則可以得到128Gb、192Gb的容量，這對(duì)廠商來(lái)說(shuō)大大降低了成本。

從結(jié)果上來(lái)看，各種閃存的物理結(jié)構(gòu)是相同的，但是控制上一個(gè)比一個(gè)復(fù)雜，SLC每個(gè)Cell能儲(chǔ)存1個(gè)數(shù)據(jù)，有兩種電位變化，MLC每個(gè)Cell能儲(chǔ)存2個(gè)數(shù)據(jù)，有四種電位變化，TLC每個(gè)Cell可以儲(chǔ)存3個(gè)數(shù)據(jù)，有8種電位變化，MLC和TLC每個(gè)Cell單元中有多個(gè)信號(hào)，是通過(guò)控制不同的電壓來(lái)實(shí)現(xiàn)的，施加不同的電壓就會(huì)有更多的電位變化，NAND閃存單元就可以容納不同的信號(hào)組合。

TLC閃存在P/E壽命、讀寫速度上要比MLC、SLC差很多

但是，TLC閃存也不是只有光鮮的一面，它帶來(lái)的考驗(yàn)也更大。容納的電位多了可以提升容量，但也使得整個(gè)過(guò)程更復(fù)雜，需要更精確的電壓控制，Program過(guò)程所需時(shí)間更多，因此寫入性能也會(huì)大幅下降，所以現(xiàn)在的TLCSSD都啟用了SLCCache模式提升寫入速度，否則那個(gè)寫入速度是很難讓人接受的；讀取，特別是隨機(jī)讀取性能也會(huì)受影響，因?yàn)樾枰ǜ嗟臅r(shí)間從八種電信號(hào)狀態(tài)中區(qū)分所需數(shù)據(jù)。

最關(guān)鍵的是閃存壽命直線下降，MLC的P/E次數(shù)至少還有3000-5000次，而TLC公認(rèn)的P/E指標(biāo)是1000次，好點(diǎn)的可能做到1500次，依然比MLC差很多。

3D NAND閃存——TLC未來(lái)的出路

說(shuō)了這么多傳統(tǒng)的2D TLC閃存問(wèn)題確實(shí)非常的多，有些問(wèn)題是可以解決的，比如寫入性能差就可以通過(guò)SLCCache的運(yùn)用，只要制造一個(gè)大容量的緩沖區(qū)用戶很多時(shí)候就不會(huì)感覺得到寫入速度慢，而且SLC Cache玩得好還有延長(zhǎng)壽命的作用。

但是有些東西是解決不了的，傳統(tǒng)的2D閃存在達(dá)到一定密度之后每個(gè)電源存儲(chǔ)的電荷量會(huì)下降，另外相鄰的存儲(chǔ)單元也會(huì)產(chǎn)生電荷干擾，20nm工藝之后，Cell單元之間的干擾現(xiàn)象更加嚴(yán)重，如果數(shù)據(jù)長(zhǎng)時(shí)間不刷新的話就會(huì)出現(xiàn)像之前三星840Evo那樣的讀取舊文件會(huì)掉速的現(xiàn)象，三星后來(lái)推出了新固件改善算法才解決問(wèn)題，估計(jì)新的固件會(huì)定時(shí)覆寫舊的數(shù)據(jù)，這樣肯定會(huì)對(duì)閃存的壽命有影響。

而3D NAND是不再追求縮小Cell單元，而是通過(guò)3D堆疊技術(shù)封裝更多Cell單元，這樣也可以達(dá)到容量增多的目的。

由于已經(jīng)向垂直方向擴(kuò)展NAND密度，那就沒(méi)有繼續(xù)縮小晶體管的壓力了，所以三星、Intel和美光可以使用相對(duì)更舊的工藝來(lái)生產(chǎn)3DNAND閃存，使用舊工藝的好處就是P/E擦寫次數(shù)大幅提升，而且電荷干擾的情況也因?yàn)槭褂门f工藝而大幅減少。

還有就是未來(lái)的3D NAND可能都會(huì)做成可以MLC與TLC工作模式相互切換那種，現(xiàn)在三星已經(jīng)就這樣做了，850 Pro與850Evo上的閃存本質(zhì)上都是一樣的，只不過(guò)前者是以MLC模式運(yùn)行后者以TLC模式運(yùn)行，未來(lái)Intel與鎂光的3D NAND也會(huì)這樣。

2D的TLC閃存由于各種問(wèn)題是不會(huì)成為主流的，基本上只會(huì)有低價(jià)入門級(jí)的SSD會(huì)使用，現(xiàn)在的TLC SSD很多都是試驗(yàn)性產(chǎn)品，但是等到3DTLC大批量產(chǎn)后，它將會(huì)成為未來(lái)的主力，現(xiàn)在三星又一次成了探路先鋒，850 Evo就是第一款采用3DTLC的SSD，目前來(lái)說(shuō)還沒(méi)有什么大的問(wèn)題出現(xiàn)，如果穩(wěn)定性沒(méi)問(wèn)題的話它將成為未來(lái)的TLC SSD的標(biāo)桿。

最后說(shuō)一下我們對(duì)TLC SSD的購(gòu)買意見：

對(duì)于TLC SSD，大家最擔(dān)心的應(yīng)該就是它的壽命，其實(shí)只要用的是原片TLC的話它的P/E還是有一定保證的，東芝的Q300和OCZ TRION100用的還是更長(zhǎng)壽穩(wěn)定的企業(yè)級(jí)eTLC，三星的3D NAND壽命也比普通TLC長(zhǎng)得多，所以并不需要太過(guò)在意SSD的壽命。

至于性能方面，相信大家買TLC SSD都不是為了追求高性能，論性能TLC SSD大多數(shù)比不過(guò)用MLC的SSD，然而你拿去和HDD來(lái)比的話就不一樣了，TLCSSD的性能再糟糕都比HDD要好得多，拿去替換龜速的HDD做系統(tǒng)盤是絕對(duì)沒(méi)問(wèn)題的。

現(xiàn)在的各種TLC SSD單純考慮性價(jià)比的話其實(shí)還是挺不錯(cuò)的，論價(jià)格的話TLC SSD確實(shí)可以做得很低，然而如果TLC SSD的價(jià)格和MLCSSD一樣的話它就沒(méi)有任何的優(yōu)勢(shì)，買它還不如直接去買MLC SSD得了。