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。

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。

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。

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。