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【前言】对于SSD的小白用户很容易将TLC看成“TCL”。其实TLC是闪存一种类型，全称为Triple-Level Cell。其优点与缺点都很突出，最大硬伤无疑是寿命短，作为系统盘的SSD需频繁写入数据，TLC闪存仅500--1000次的理论擦写(P/E)显然是短板。要说TLC闪存也不是什么新鲜事，早在2009年时，海力士就生产出了采用48nm制程的TLC闪存核心，最初打算使用在优盘产品中。而最近三星推出年度重磅产品840普通版SSD采用21nm TLC闪存，再一次引起网友对TLC闪存的关注。
大家都知道，SSD硬件组成主要包括PCB板+主控+闪存+缓存（有些SSD还没有缓存）。一般来说，SSD高昂的售价源于内部闪存颗粒的成本。而TLC闪存最大的优点恰恰是成本低廉，相对MLC可以降低50%左右的成本。单单这点就对SSD厂商充满诱惑。 ●什么是TLC闪存
TLC闪存芯片技术是MLC和SLC技术的延伸，最早期NAND Flash技术架构是SLC(Single-Level Cell)，原理是在1个存储器储存单元(cell)中存放1位元(bit)的资料，而MLC(Multi-Level Cell)技术接棒后，架构演进为1个存储器储存单元存放2位元。 2009年，TLC架构正式问世，代表1个存储器储存单元可存放3位元，成本进一步压缩，但仅500--1000次P/E注定它当时仅适合于U盘，存储卡等产品中。 ●TLC闪存的特点： 1、理论上的存储密度最高 2、制造成本最低，其价格较之MLC闪存最大降低50% 3、使命寿命最低，仅500次--1000次P/E 4、理论上的读写速度最慢 -------------------------------------------------------------------------------
TLC最让人担心还是其寿命，很多厂商都不推TLC闪存的SSD，三星840系列采用TLC闪存让人意外的同时，也让人关注三星这种举动背后的动机。 ●TLC相对于MLC与SLC，最大硬伤是寿命 SLC即Single-Level Cell ，约10万次擦写寿命；MLC 即Multi-Level Cell，约3000--10000次擦写寿命，TLC = Trinary-Level Cell约500--1000次擦写寿命。 现在MLC闪存的SSD制造工艺可以达到19nm，理论的擦写保持在3000--5000次，按照这样理论值，一款SSD的寿命用个5至10年没有问题。但TLC就不一样了，理论值仅500-1000次，三星840发布前还没厂商能将TLC提升至1000次擦写，那为什么TLC的寿命不行呢？笔者将收集技术资料与网友们分享下，内容枯燥难懂，没看懂的也正常。
当你要写入数据，需要在控制栅极施加电压，而源极和漏极的电压都为0V。电压形成一个电场，这样电子就可以通过二氧化硅这层绝缘体从N通道进入到浮点栅极。这个过程通常也被成为“隧穿“。二氧化硅起到绝缘层的作用，在电场没有形成之前，电子是无法逃离或者进入浮点栅极的。想要删除存储单元，需要在P型半导体施加电压并且保持控制栅极的电压为0。电场形成后电子就可以通过二氧化硅层。这就是NAND闪存在重新写入新数据之前必须要删除原来数据的原因:你必须要先把原来的电子释放掉，然后才能重新进入电子。
SLC只需要两种状态，0和1。但是随着闪存单元容量的增加，你就需要更多的电压状态。MLC需要四种状态，而TLC需要八种状态。问题是二氧化硅绝缘层的厚度只有10纳米的厚度，它并不是永不磨损的金刚之躯。在每一次的”隧穿“之后，它都会有磨损。当二氧化硅最终破损后，原子键破裂。在”隧穿“过程中，电子可能会滞留在二氧化硅绝缘层，这就让这层的负电荷不断增加，使得控制栅极的电压受到影响。 这就能够看出SLC，MLC和TLC的差别了。每个存储单元包含数据的比特越少，单元内的电压空间就越大。换句话说，SLC能够容忍更多的电压状态的变化，因为它本身只有两种电压状态。但是在TLC闪存中，存储单元中有八种电压状态，这样硬盘的容错能力就十分有限了。 让我假设一下，一块SLC NAND闪存可以承受0V-14V的电压，而要想写入数据（写入1），电压的临界峰值要达到4V-5V之间。同理，电压需要达到9V-10V来实现（写入0）。在上述的情形中，两种电压状态之间存在4V的空间。而同样的情形，在MLC NAND闪存中，状态之间的电压空间仅为2V。而TLC闪存的电压空间仅剩0.67V了。 当氧化层被击穿后，要想进行数据写入就需要更高的电压。SLC闪存只需要4V-6V的电压就能写入“0”。这仅仅意味着电压空间只是缩小了1V而已。这正是问题所在，SLC闪存拥有更大的电压空间，因此它能够容忍跟高的电压峰值变化，直到整个Block因为擦除数据过慢而停止工作。这就是SLC闪存拥有更高擦写次数的原因。用户可以删除或者写入数据的次数要更长。而TLC的电压容忍率最低，因此TLC闪存的擦写次数自然最低。 注：这部分内容来自百度文库 ●搭配优秀的主控与固件算法，TLC性能也不烂
看看上面那张图，TLC要检测到8个电压状态，即读取速度将会更耗时：TLC闪存将耗时100μs。SLC闪存随机读取仅用其四分之一的时间。而MLC闪存也只用其一半的时间就完成了任务。编程时间不占优势，理论性能值肯定受到影响。
金胜 M5000s搭配的是SF-2281主控，这款主控性能如何自然不用笔者多说，而且它的容量仅120G，采用了SLC闪存后,可以说金胜打赢新一代三核心主控840 250G与830 256G。而我们也能发现，采用21nm TLC闪存的840在写入上落后830系列近一半，但是随机读写性能与IOPS有相当不俗的表现，这也说明随着SSD新技术的涌现，TLC闪存的性能有非常大的改观。 ●为什么TLC闪存会比MLC，SLC要便宜
因为SLC，MLC与TLC每个单元内存储数据位数不一样，同样的晶体管得到的容量也有所区别。可以从上图看出，TLC的存储密度是最高的，相对MLC，晶体管数量实际上被去掉1/3就可以达到MLC的容量并保持2/3的物理尺寸，理论成本要低于MLC闪存近50%，SLC更不用说了。 TLC是未来发展趋势？ TLC是未来发展的趋势？笔者与很多网友一样持半信半疑的观望态度，下面就谈谈笔者几点看法。 ●多年的技术积累，TLC闪存或已成熟
TLC耐久度和性能方面是一个大问题。不过这几年针对提升TLC闪存颗粒耐久度相关技术的出台，如信号处理，更强的ECC算法等技术应用，有望延长SSD的寿命。三星840还通过扩大备用区域的容量，由256G减为250G，增加预留空间，来保证SSD的寿命。 至于性能上，通过实际的测试，使用了TLC闪存的840系列并不比830差多少，而且在寻址速度比起机械硬盘快很多，所以用户体验并不会表现很差。 ●TLC闪存让SSD成本得到有效控制
消费级SSD一般采用MLC闪存，现在降价降得很凶，但距用户理想中的价位还很远。SSD的成本一大半来自于闪存颗粒，SSD大幅降价原因主要是闪存贬值导致的。如果TLC闪存普及开来，SSD的成本将被大幅度压缩，SSD售价必要进一步下降。想想以后SSD 250G能买到399元，笔者都偷着笑！ ●三星已迈出第一步 其他SSD厂商或跟进 Intel、金士顿、威刚以及国内SSD厂商采用SF-2281主控，配备的是25nm MLC闪存，产品性能方面笔者不作多评论。浦科特虽然率先发布了性能强悍的M5P系列，但高昂的售价让很多用户望而却步。而SSD巨头兼闪存制造巨头美光科技有计划将在近期推出M4的继承者M7，有传言将采用SF主控，如果也采用TLC闪存，那就无敌了。（笔者无责任YY） 三星迈出了第一步，俗语说第一个吃螃蟹的人要有勇气与底气，840系列的后续价格会让众多厂商不淡定，其实830系列的杀价已经让SSD厂商头痛不已，840那还会安分嘛？不跟进，后果严重。 总结： 为什么大部分的网友还在犹豫是否购买SSD呢？什么耐久度，寿命，性能，数据安全性其实还是次要的，毫无夸张的说最大原因就是价格因素，因为SSD价格相比机械盘来说昂贵的多（特别是泰国大水之前）。而说到这，TLC闪存的优势就开始显露出来：采用TLC闪存的SSD价格将会很平民，没准将来可以便宜到大众可以接受的水平。 那TLC闪存的SSD值不值得买呢？这个问题笔者现在也不能回答您，2xnm TLC的标称耐久度为500~1000 P/E，对主控的磨损平衡和写入放大是个极大考验，主控算法的好坏会对性能和寿命造成非常大的影响。三星840系列将在10月15号开卖，笔者的建议就是观望一段时间先，不急于入手。看看三星有没有办法解决上述问题。 |
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2012-10-12 00:15
出处：PConline原创
责任编辑：chenzhangwu
