pSLC带来的“新”存储容量伪SLC如何兼顾耐用性和经济性

大家好，小科来为大家解答以上问题。pSLC带来的“新”存储容量 伪SLC如何兼顾耐用性和经济性这个很多人还不知道，现在让我们一起来看看吧！

1、(作者：Swissbit AG存储解决方案总经理Roger Griesemer)如今，在NAND闪存行业，各种存储密度创新高的消息随处可见。闪存已经实现了100层以上的技术，短期内似乎没有瓶颈的迹象。

2、当前的趋势是随着层数的稳定增加，在每个单元中存储更多的比特。目前主流的技术是TLC (Triple Level Cell)，每个单元存储3位，其中“层”指的是位数，而不是内部状态。要存储和读取的内部状态数是存储位数的二次幂，这意味着需要识别8种不同的状态。目前的趋势是通过QLC技术在相同尺寸的芯片中实现更大的存储容量(四层单元，每个单元4位)。QLC有16个州，所以实施起来并不容易。

3、随着每平方厘米存储在芯片中的信息量的增加，可实现的写入周期数将相应减少。SLC(单层单元，每个单元1位)每个单元可以重写60，000到100，000次，而MLC(多层单元，每个单元2位)只能写入3000次。在从平面MLC过渡到3D TLC(2位到3位)之后，3D电荷俘获闪存由于其更好的单元特性而被证明具有3000倍的循环寿命。QLC将减少到1000左右，而PLC(五层单元，每个单元5位=32个状态)在下一阶段将减少到100以下。PLC已经过了原型阶段，未来会成为超大规模数据中心应用的主流NAND，比如谷歌、脸书，数据写一次，然后频繁读取(WORM=写一次，读多次)。严格的要求和高昂的价格

4、与前述应用相比，频繁写入少量数据的应用仍会存在，如传感器数据记录、本地物联网数据库和状态信息记录等。与写入兆字节数据相比，写入几个字节或几千字节的小数据包消耗NAND闪存的速度更快。

5、对于这些应用，SLC的旧技术是最好的存储介质。由于每个块的尺寸很小，擦除周期高达100，000次，因此使用SLC的存储模块通常比设备本身的实际使用寿命更耐用。此外，SLC的温度灵敏度低，控制器的纠错能力也低，这些都对长期稳定性有积极的影响。

6、然而，在高要求应用中取代SLC的主要原因可以归因于另一个重要的考虑因素：价格。SLC科技面临“先有鸡还是先有蛋”的困境：由于技术较老，成本较高，主流逐渐远离SLC，这也是不值得将SLC转化为更现代化技术的原因。伪SLC是一种竞争性的妥协

7、如今，使用SLC技术的单个芯片的最大容量为32 Gbit，典型的芯片面积为100 mm2。另一方面，价格相近的普通3D NAND TLC芯片已经达到512 Gbit的容量，很快将达到1 Tbit。换句话说，TLC技术的价格是SLC的1/16。

8、我们从系统层面来看这个影响：TLC控制器比较复杂，价格昂贵，使用512 Gbit NAND芯片的驱动器最小容量为32 GB。这对数据中心或家庭用户来说没有问题。在TLC的情况下，某些大小的驱动器容量通常超过1 TB。然而，对于工业应用或作为网络和通信系统的引导驱动程序，情况是不同的。在这些情况下，虽然负载较高，但几GB的容量通常就足够了。

9、理想情况下，具有最新3D NAND技术和成本效益的SLC芯片将大量生产。SLC被定义为单层单元(即每个单元一位)，这被证明对于所有最新的NAND闪存产品都是可行的。然而，内部控制器必须只在两种状态下工作：擦除和编程，1和0。这种操作模式被称为pSLC或伪SLC。利大于弊

10、通过仅使用两种内部状态，可以用较低的电压实现编程。这样可以保护存储晶体管中敏感的氧化硅，延长其使用寿命。因为电子设备只需要区分两种状态，信噪比会比32种状态高很多。与TLC和QLC相比，销毁存储的值需要更长的时间。

11、这两种效果增加了编程和擦除周期的数量，pSLC可以实现从3000 TLC到30000和60000之间。这种操作模式将薄层色谱纳入“真正的”SLC技术范围。

12、2D MLC NAND也可以在pSLC模式下运行。在这种情况下，每个单元只使用两位中的一位，因此容量减半。只写一位也有速度优势。在价格方面，很明显，每个芯片的成本翻了一番，因为每个芯片只有一半的容量可用。使用薄层色谱技术，每个单元只有三位中的一位被使用。因此，要实现相同的存储容量，成本将增加两倍。即便如此，它仍然比真正的SLC NAND便宜得多。pSLC带来的“新”存储容量

13、将芯片容量减少三分之一将使固态硬盘的容量不太常见。在二进制信息世界中，人们习惯用2的幂来计算容量，如64，128，256，512 GB等。但随着3D NAND的出现，闪存中需要更多的存储容量来实现缓存或RAID或预留空间(用于加速写入和延长使用寿命)。因此最终容量可能是30、60、120、240、480 GB等。

14、如果我们考虑到pSLC减少了3

15、图1：不同 NAND 操作模式下的电荷分布

16、图2：NAND 技术比较

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