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【PConline 应用】继三星推出TLC闪存的840系列SSD后，业界实力厂商浦科特也展出了全新的TLC闪存SSD。虽然三星840系列上市取得不错的销量，但因TLC闪存的寿命、耐久度、稳定性等天生缺陷，推出至今饱受争议。浦科特似乎并不因此受影响，再次扮演搅局者。两大SSD巨头的积极跟进，让人对TLC闪存技术的发展寄于更多的正能量。这是不是意味着SSD正式迈入TLC闪存的时代？
●TLC闪存SSD简介：速度并不弱的三星 840系列
三星840系列SSD的主控采用四代的MDX，主频300MHz，整合256-bit硬件加密引擎。NAND方面，使用自家的21nm制程Toggle DDR 2.0 TLC闪存颗粒， BGA封装，Page 8KB , Block 1.5MB , Die 8GB。另外，搭配的缓存为30nm LPDDR2-800 512MB DRAM。
三星840 500G读取速度达到540MB/s，最大的IOPS可达到98K。在写入性能差一些，低于上一代产品830系列SSD，整体要逊色于加强版840PRO。容量设定方面，三星为每个容量预留部分OP空间来保证性能和耐久度。这款7mm厚度的SSD还提供3年有限质保。 ●预计第四季度上市：浦科特 TLC闪存SSD
浦科特在今年的CES展会上展出了首款TLC闪存SSD，具体的型号尚不得知。从国外网站提供的图片及参数看，浦科特新TLC闪存SSD拥有128GB、256GB、512GB容量，相对于三星840，并没有增加额外的OP。采用最新Marvell 88SS9189主控，搭配19nm 东芝TLC闪存，缓存容量分别是256MB、512MB以及768MB的缓存。 性能方面，128/258/512GB型号的读写速度分别是530/360 MB/s、540/450 MB/s、540/465MB/s，随机读取IOPS为80K，写入为72K，读写性能参数比三星的840还要好。 TLC闪存技术简析：
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。直至2009年，TLC闪存架构正式问世，代表1个存储器储存单元可存放3位元，使得容量增大成本降低，但仅1000次P/E（理论完全擦写次数）注定了当时仅能运用在U盘，存储卡等产品中。 ●TLC的耐久度一直倍受质疑： SLC闪存 ，约10万次擦写寿命；MLC闪存约3000--10000次擦写寿命；TLC闪存仅500--1000次擦写寿命，对于经常性擦写的SSD来说，这样擦写次数显得捉襟见肘。那为什么TLC的先天寿命不行呢？笔者将收集技术资料与网友们分享下。
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。
SLC闪存有0、1两种状态，可以表示1bit数据；MLC闪存有11、10、01、00四种状态，可以表示2bit数据；TLC闪存有111、110、101、100、011、010、001、000八种状态，可以表示3bit数据，说这些和耐用性有什么关系呢？问题在于，闪存单元每次编程或擦除的电子穿越过程都会导致硅氧化物的损耗。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。也正因为如此，硅氧化物越来越薄，耐用性自然就更差了。 硅氧化物损耗得差不多之后，原子键就会断裂，部分电子可能会在穿越过程中被困在氧化物中，导致负电荷积累，使得闪存单元再次编程的时候抵消控制栅极的部分电压。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。 简单地说，SLC的电压状态最少，可以容忍电压的更大变化，MLC的四种状态也基本可以接受，TLC的八种就太多了，电压可变余地很小。在不清楚确切的所需电压之时，就不得不将同样的电压分成八份(SLC、MLC分别只要两份和四份)。在使用过程中，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。
另外，随着闪存的磨损，所需要的ECC错误校验也越来越多，因为错误的发生几率更高了。这对于TLC又是一个麻烦，因为需要纠正的数据比特多达三个。虽然如今的ECC引擎都很强大了，但到使用后期，与其费劲纠正错误，还不如直接废了整个区块。 我们知道采用TLC闪存颗粒的SSD，不仅需要很多ECC纠错开销来保证一定的耐久度,还会大幅度降低了写入性能。从市面上唯一出售840系列即可看出，120G写入速度仅130MB/s。 ●TLC闪存的寿命够用吗？
完美的磨损均衡和写入放大系数应该是1x。拿三星840 250GB为例子，终生写入量就是256TB，编程/擦写次数1000。大家都知道完美是不存在的，所以得出确切的使用寿命是很难的，毕竟每个用户的情况都不一样，不过一般人平均每天写入量不会超过10GB，那么一年就是3.65TB，只相当于256GB写入总量的1.4％。 当然了，NAND闪存写入量实际要大于主控写入量(这就是系数不同)，但即便写入放大系数为10x，每年也就36.5TB，编程/擦写次数大约143，算下来依然能用七年，即便是120GB型号也能用三年半。虽然这之后同类型MLC闪存硬盘的三分之一，但考虑到PC产品的更新换代频率，一般来说也完全足够用了，只不过寿命后期的性能会差一些。 ●成本决定TLC未来：
SSD的高成本主要是因为内部闪存颗粒的高价格导致的，随着工艺的改进，相同的物理尺寸下可以做出更大容量的颗粒进而降低成本，是大势所趋。 SLC在每个存储单元内存储1比特数据，MLC存储2比特数据，TLC则存储3比特数据，如图所示同样的晶体管数量得到的容量也就会有区别。由于这样做后TLC的存储容量会比较怪异，不是我们常用的2/4/8/16这样表示，所以最后成品的晶体管数量实际会被去掉1/3，达到MLC的容量并保持2/3的物理尺寸，（净成本相比MLC下来50%左右）。 总结：
目前消费级SSD还普遍采用的MLC颗粒，不过随着三星、浦科特等一线SSD厂商的跟进，加上一些针对提升TLC闪存颗粒耐久度相关技术的产品的出台（信号处理，更强的ECC算法等)及TLC闪存颗粒在价格上的吸引力，笔者相信TLC闪存颗粒将会在今后2--3年内普及到SSD上。那时，再来谈SSD的普及。 |
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2013-03-20 00:16
出处：PConline原创
责任编辑：chenzhangwu
