SSD故事会(14):怕TLC因为你不了解!

2016-01-29 00:15 出处:PConline原创 作者:Fison 责任编辑:chenzhangwu

  【PConline 杂谈】从前,大家谈TLC色变;如今,TLC攻占SSD半壁江山。是的,这个世界就是这么奇妙。不过,如果当你阅读过三年前小编撰写的《你骂我还是要说!TLC引领SSD发展新趋势》一文,你就不会觉得那么意外了。小编还是有先见之明了。

  好啦,不抬高自己了,做人要谦虚。回归今天的主题,虽然TLC早已占据主流地位,但传言多了、百度多了,不少消费者还是抱有“怕”的态度,这一期的《SSD故事会》,带着大家的问题,我们就来详细了解TLC。

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●TLC是什么?为何TLC的价格最便宜?

  固态硬盘就是靠NAND Flash闪存芯片存储数据的,这点类似于我们常见的U盘。NAND Flash根据存储原理分为三种,SLCMLC、TLC。

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SLC、MLC、TLC

  SLC = Single-Level Cell,即1 bit per cell,1个存储器储存单元可存放1 bit的数据,只存在0和1两个充电值。以此类推,TLC = Triple-Level Cell,即3 bit per cell,1个存储器储存单元可存放3 bit的数据。

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TLC SSD成本低,容易实现大容量

  单位容量的存储器,可以存储更多的数据,所以TLC每百万字节生产成本是最低的。

●TLC的工作原理?

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如果大家对此配图不同,可以看通俗版文字解释

  小编尽量用通俗语言解释。根据NAND的物理结构,NAND是通过绝缘层存储数据的。当你要写入数据,需要施加电压并形成一个电场,这样电子就可以通过绝缘体进入到存储单元,此时完成写入数据。如果要删除存储单元(数据),则要再次施加电压让电子穿过绝缘层,从而离开存储单元。

  所以,NAND闪存在重新写入新数据之前必须要删除原来数据。

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不同数量的电子进入到存储单元,实现不同的数据

  由于TLC的1个存储器储存单元可存放3 bit的数据,为了区分,必须使用不同电压来实现。除了能够实现和SLC一样的000(TLC)=0(SLC)和111(TLC)=1(SLC)外、还有另外六种数据格式必须采用其他不同的电压来区分,让不同数量的电子进入到存储单元,实现不同的数据表达。这样,才能让TLC实现单位存储单元存放比SLC、MLC更多数据的目的。

●为何TLC的性能在三种介质中最差?

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TLC的数据表达需要更长的时间才能得以实现

  由于数据写入到TLC中需要八种不同电压状态, 而施加不同的电压状态、尤其是相对较高的电压,需要更长的时间才能得以实现(电压不断增高的过程,直到合适的电压值被发现才算完成)。

  所以,在TLC中数据所需访问时间更长,因此传输速度更慢。经过实测,同等技术条件下,TLC的SSD性能是比不上MLC SSD的。

●为何以前TLC不流行?

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绝缘层会受到物理磨损

  为什么没有机械结构的SSD还是出现寿命问题?因为按照工作原理,闪存单元每次写入或擦除的施加电压过程都会导致绝缘体硅氧化物的物理损耗。这东西本来就只有区区10纳米的厚度,每进行一次电子穿越就会变薄一些。

TLC即将翻身?全新专用主控寿命增三倍
主控落后的时代,TLC NAND在长期使用后容易出现异常

  也正因为如此,硅氧化物越来越薄,电子可能会滞留在二氧化硅绝缘层,擦写时间也会因此延长,因为在达到何时的电压之前需要更长时间、更高的加压。主控制器是无法改变编程和擦写电压的。如果原本设计的电压值工作异常,主控就会尝试不同的电压,这自然需要时间,也会给硅氧化物带来更多压力,加速了损耗。

  最后,主控控制编程和擦写一个TLC闪存单元所需要的时间也越来越长,最终达到严重影响性能、无法接受的地步,闪存区块也就废了。

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越先进制程,NAND的电子干扰更加严重

  同时,传统的2D闪存在达到一定密度之后每个电源存储的电荷量会下降,损耗后的TLC绝缘层,相邻的存储单元也会产生电荷干扰,发展到20nm工艺之后,Cell单元之间的干扰现象更加严重,如果数据长时间不刷新的话就会出现像之前三星840 Evo那样的读取旧文件会掉速的现象。

  所以,新主控等新技术开发之前,厂商一直不敢将TLC SSD推出市场,不可避免地出现可靠性问题,毕竟数据大于一切。

●人们为何会担心TLC寿命?

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P/E寿命对比

  由于TLC采用不同的电压状态,加上存储容量多,击穿绝缘层次数也比其他介质多,于是加速了绝缘层的损耗过程。所以,TLC SSD的寿命比SLCMLC短得多。

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以前TLC的P/E寿命低时,用几年就有报废风险

  一开始TLC的P/E寿命只有不到1000次,但是经过厂商改进算法以及优化主控,提升到1000到2000次。相比之下,MLC有3000到10000次擦写寿命。如果用户的PC只有TLC SSD,那么在日常使用环境下,如果一个120GB SSD的P/E寿命只有不到1000次,并且每天写入60GB的数据,那么不到五年,SSD就会报废。在目前性能过剩时代,这寿命是十分吓人的,所以以前人们十分担心TLC SSD的寿命问题。

●最近TLC SSD为何“倒行逆施”般井喷?


东芝Q300 240G

  三星 850 EVO、东芝 Q300、英睿达BX200……我们耳熟能详的SSD厂商都在2015年大规模推出了TLC SSD,气势磅礴。既然我们之前说了TLC那么多的不足,为何厂商依然推广呢?不是搬石头砸自己脚吗?

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东芝 TC58NC1000GSB主控支持Smart ECC、Smart Flush0等技术。

  这一年来,SSD厂商最大的功劳就是解决了TLC的P/E寿命问题,让TLC SSD的寿命上升到我们使用一台电脑正常周期上。主控算法的好坏会对性能和寿命造成非常大的影响,目前SSD厂商在主控技术上进行了很大的改进,信号处理,更强的ECC算法、扩大备用区域的容量增加预留空间等技术应用,从TLC的500--1000次P/E提升到目前的1000到2000次,一定程度上保证了可靠性与寿命。

  我们知道TLC的性能比较差,尤其写入性能上,SSD厂商就通过SLC Cache的运用,只要制造一个大容量的缓冲区用户很多时候就不会感觉得到写入速度慢,而且SLC Cache玩得好还有延长寿命的作用。

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三星 850 EVO提供了五年质保

  另外,SSD厂商对于TLC SSD的质保提升到与MLC SSD基本一致的水平,比如三星 TLC SSD的质保一般为五年,让消费者在这五年的使用中高枕无忧。加上TLC天生的价格优势,以及金字招牌,的确有很大的吸引力。越来越多的厂商参与到TLC SSD的竞争中,价格不断走低,让不少对SSD感兴趣的朋友尝鲜一把,助长了TLC SSD的壮大。

●TLC的未来?

  TLC的逆袭就是扬长避短的道理。有市场,就有进步,相信厂商会对TLC技术进行更多的研究,保证物美价廉的TLC继续生存下去。

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3D NAND闪存对比2D有着寿命优势

  比如三星3D NAND闪存就是TLC的一个重要方向。3D NAND是不再追求缩小Cell单元,而是通过3D堆叠技术封装更多Cell单元,所以我们不必要追求更先进的制程,毕竟制程约先进,寿命反而越差。所以,可以使用相对更旧的工艺来生产3D NAND闪存,使用旧工艺的好处就是P/E擦写次数大幅提升,而且电荷干扰的情况也因为使用旧工艺而大幅减少。

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3D NAND闪存结构

  未来的3D NAND可能都会做成可以MLC与TLC工作模式相互切换,也就是用TLC屏蔽一半容量、来充当MLC,也就是各种所谓的3bit MLC技术创新。类似地,东芝的Q300和OCZ TRION 100用的还是更长寿稳定的企业级eTLC听起来SLC、MLC、TLC不再是泾渭分明。

  未来会怎样发展呢?我们拭目以待吧!

●面对TLC,我们应该怎么做?

  根据行业的消息可知,入门与主流已经是TLC的天下,MLC则继续在高端领域发挥它作用。厂商是产品与技术的推动者,我们作为消费者只能被动接受别人的游戏规则。

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TLC SSD趋势不能阻挡

  虽然TLC SSD的性能比不过用MLC的SSD,但再糟糕都比HDD要好得多。所以我们要有这个观念。第二,在TLC的推动下,240GB的SSD已经不用400元就能入手,性价比十分不错。总之,TLC不再是吴下阿蒙,所以我们不必再担心TLC的种种顾虑,尽情使用吧!毕竟质保放在这呢。

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