2019-08-27
【比 QLC 性能更差、更不耐用、壽命更短?!】
全新 PLC NAND Flash 研發中,你敢用嗎?
文: Cherry Kwok / 新聞中心
文章索引: IT要聞 儲存裝置 Toshiba

去年 QLC NAND Flash 儲存產品正式推出市場,雖然 QLC 容量大、價格便宜,但 TLC 即使價格較貴但相對穩定性更好,不少用家都仍會選擇 TLC NAND Flash 產品,不過在大家還對 QLC 心存疑慮的時候,再下一代的 PLC 亦準備要來了。Toshiba 最近在國際儲存峰會上展示了未來的 NAND Flash 生產路線圖,其中重點講解了自家的多層堆疊閃存顆粒規劃以及 QLC 之後的 PLC 顆粒的情況。

1989 年,Toshiba 發表了 NAND Flash 結構,強調降低每比特的成本,更高的性能,並且像磁碟一樣可以通過接口輕鬆升級。按照儲存方式劃分,NAND Flash 已經發展了四代:

 

📍 第一代 SLC 每單元可儲存 1 bits/cell 數據,性能好、壽命長,可經受 10 萬次編程/擦寫循環,但容量低、成本高,如今已經非常罕見;

 

📍 第二代 MLC 每單元可儲存 2bits/cell 數據,性能、壽命、容量、成各方面比較均衡,可經受 1 萬次編程/擦寫循環,現在只有在少數高階 SSD 中可以見到;

 

📍 第三代 TLC 每單元可儲存 3bits/cell 數據,性能、壽命變差,只能經受 3 千次編程/擦寫循環,但是容量可以做得更大,成本也可以更低,是當前最普及的;

 

📍 第四代 QLC 每單元可儲存 4bits/cell 數據,性能、壽命進一步變差,只能經受 1000 次編程/擦寫循環,但是容量更容易提升,成本也繼續降低。

 

PLC

 

每 Cell 單元儲存數據越多,單位面積容量就越高,但同時導致不同電壓狀態越多,越難控制,所以導致顆粒穩定性越差,壽命低,各有利弊。相對於 SLC 來說,MLC 的容量大了 100%,壽命縮短為 SLC 的 1/10,相對於 MLC 來說,TLC 的容量大了50%,壽命縮短為 MLC 的 1/20。

 

QLC 出現的時間很早,但一直未被人關注過,QLC 顆粒跟前幾種顆粒相比最大的優勢是價格便宜,容量大,雖然 P/E 壽命低,但是大容量很好的彌補了這個弱點。

 

目前在 SLC、MLC、TLC、QLC NAND Flash 顆粒中,TLC 已經是主角,QLC 是未來發展趨勢,TLC 又有 3D-TLC 與 2D-TLC兩種,3D-TLC 又再細分為 32 層 3D-TLC 、64 層 3D-TLC 及最新的 96 層 3D-TLC。

 

至於 QLC 之後就由 PLC ( Penta Level Cells )去接替,PLC 也就是每個 NAND Flash 單元中將會容納 5bits/cell 數據,不過 PLC 需要主控制器準確控制 32 路電壓,因此挑戰相當大。

 

PLC

PLC

 

目前 Toshiba 自家的 3D 多層堆疊式 BiCS NAND 已經發展到第 4 代,並已開始 BiCS NAND 的第五代到第七代的研發,在接下去的每一代 BiCS 中,新產品都將與新一代的 PCIe 標準相一致,比如 BiCS 5 會對應 PCIe 4.0,BiCS 6 會對應 PCIe 5.0 等。頻寬方面,BiCS 5 將具有更高的 1200 MT/s,而 BiCS6 將達到 1600 MT/s、BiCS7 更能達到 2000 MT/s 頻寬。

 

由於 NAND 結構不斷複雜,寫入性能及可靠性也隨之而下降,由 SLC、MLC、TLC 到 QLC 的寫入性能已越來越低,為了解決此問題,Toshiba 表示在 NVMe 協議中的新功能如 ZNS(分區命名空間)應該有助於緩解其中的一些問題,ZNS 設計之初是用於減少寫入放大、減少過載和 DRAM 高佔用,當然,也能提高吞吐量和改善延遲。


至於推出時間,Toshiba 提到BiCS 5 將很快與 PCIe 4.0 同步上市,但未有確實提供具體的時間表。

 

PLC

 

隨著 NAND Flash 產品的發展,QLC 將會帶動 SSD 產品容量的提升,並很快會成為主流。不過從目前來看, QLC 要超越機械硬碟容量還有一定難度,只能說可以打成平手,所以 SSD 容量要追過機械硬碟的話,未來可能就要靠 PLC NAND Flash,不過就要在連續讀寫速度及壽命兩方面取捨了。

 

PLC

分享到:
發表評論