pSLC帶來的“新”存儲容量偽SLC如何兼顧耐用性和經(jīng)濟性

大家好，小科來為大家解答以上問題。pSLC帶來的“新”存儲容量 偽SLC如何兼顧耐用性和經(jīng)濟性這個很多人還不知道，現(xiàn)在讓我們一起來看看吧！

1、(作者：Swissbit AG存儲解決方案總經(jīng)理Roger Griesemer)如今，在NAND閃存行業(yè)，各種存儲密度創(chuàng)新高的消息隨處可見。閃存已經(jīng)實現(xiàn)了100層以上的技術(shù)，短期內(nèi)似乎沒有瓶頸的跡象。

2、當前的趨勢是隨著層數(shù)的穩(wěn)定增加，在每個單元中存儲更多的比特。目前主流的技術(shù)是TLC (Triple Level Cell)，每個單元存儲3位，其中“層”指的是位數(shù)，而不是內(nèi)部狀態(tài)。要存儲和讀取的內(nèi)部狀態(tài)數(shù)是存儲位數(shù)的二次冪，這意味著需要識別8種不同的狀態(tài)。目前的趨勢是通過QLC技術(shù)在相同尺寸的芯片中實現(xiàn)更大的存儲容量(四層單元，每個單元4位)。QLC有16個州，所以實施起來并不容易。

3、隨著每平方厘米存儲在芯片中的信息量的增加，可實現(xiàn)的寫入周期數(shù)將相應(yīng)減少。SLC(單層單元，每個單元1位)每個單元可以重寫60，000到100，000次，而MLC(多層單元，每個單元2位)只能寫入3000次。在從平面MLC過渡到3D TLC(2位到3位)之后，3D電荷俘獲閃存由于其更好的單元特性而被證明具有3000倍的循環(huán)壽命。QLC將減少到1000左右，而PLC(五層單元，每個單元5位=32個狀態(tài))在下一階段將減少到100以下。PLC已經(jīng)過了原型階段，未來會成為超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心應(yīng)用的主流NAND，比如谷歌、臉書，數(shù)據(jù)寫一次，然后頻繁讀取(WORM=寫一次，讀多次)。嚴格的要求和高昂的價格

4、與前述應(yīng)用相比，頻繁寫入少量數(shù)據(jù)的應(yīng)用仍會存在，如傳感器數(shù)據(jù)記錄、本地物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)庫和狀態(tài)信息記錄等。與寫入兆字節(jié)數(shù)據(jù)相比，寫入幾個字節(jié)或幾千字節(jié)的小數(shù)據(jù)包消耗NAND閃存的速度更快。

5、對于這些應(yīng)用，SLC的舊技術(shù)是最好的存儲介質(zhì)。由于每個塊的尺寸很小，擦除周期高達100，000次，因此使用SLC的存儲模塊通常比設(shè)備本身的實際使用壽命更耐用。此外，SLC的溫度靈敏度低，控制器的糾錯能力也低，這些都對長期穩(wěn)定性有積極的影響。

6、然而，在高要求應(yīng)用中取代SLC的主要原因可以歸因于另一個重要的考慮因素：價格。SLC科技面臨“先有雞還是先有蛋”的困境：由于技術(shù)較老，成本較高，主流逐漸遠離SLC，這也是不值得將SLC轉(zhuǎn)化為更現(xiàn)代化技術(shù)的原因。偽SLC是一種競爭性的妥協(xié)

7、如今，使用SLC技術(shù)的單個芯片的最大容量為32 Gbit，典型的芯片面積為100 mm2。另一方面，價格相近的普通3D NAND TLC芯片已經(jīng)達到512 Gbit的容量，很快將達到1 Tbit。換句話說，TLC技術(shù)的價格是SLC的1/16。

8、我們從系統(tǒng)層面來看這個影響：TLC控制器比較復(fù)雜，價格昂貴，使用512 Gbit NAND芯片的驅(qū)動器最小容量為32 GB。這對數(shù)據(jù)中心或家庭用戶來說沒有問題。在TLC的情況下，某些大小的驅(qū)動器容量通常超過1 TB。然而，對于工業(yè)應(yīng)用或作為網(wǎng)絡(luò)和通信系統(tǒng)的引導(dǎo)驅(qū)動程序，情況是不同的。在這些情況下，雖然負載較高，但幾GB的容量通常就足夠了。

9、理想情況下，具有最新3D NAND技術(shù)和成本效益的SLC芯片將大量生產(chǎn)。SLC被定義為單層單元(即每個單元一位)，這被證明對于所有最新的NAND閃存產(chǎn)品都是可行的。然而，內(nèi)部控制器必須只在兩種狀態(tài)下工作：擦除和編程，1和0。這種操作模式被稱為pSLC或偽SLC。利大于弊

10、通過僅使用兩種內(nèi)部狀態(tài)，可以用較低的電壓實現(xiàn)編程。這樣可以保護存儲晶體管中敏感的氧化硅，延長其使用壽命。因為電子設(shè)備只需要區(qū)分兩種狀態(tài)，信噪比會比32種狀態(tài)高很多。與TLC和QLC相比，銷毀存儲的值需要更長的時間。

11、這兩種效果增加了編程和擦除周期的數(shù)量，pSLC可以實現(xiàn)從3000 TLC到30000和60000之間。這種操作模式將薄層色譜納入“真正的”SLC技術(shù)范圍。

12、2D MLC NAND也可以在pSLC模式下運行。在這種情況下，每個單元只使用兩位中的一位，因此容量減半。只寫一位也有速度優(yōu)勢。在價格方面，很明顯，每個芯片的成本翻了一番，因為每個芯片只有一半的容量可用。使用薄層色譜技術(shù)，每個單元只有三位中的一位被使用。因此，要實現(xiàn)相同的存儲容量，成本將增加兩倍。即便如此，它仍然比真正的SLC NAND便宜得多。pSLC帶來的“新”存儲容量

13、將芯片容量減少三分之一將使固態(tài)硬盤的容量不太常見。在二進制信息世界中，人們習慣用2的冪來計算容量，如64，128，256，512 GB等。但隨著3D NAND的出現(xiàn)，閃存中需要更多的存儲容量來實現(xiàn)緩存或RAID或預(yù)留空間(用于加速寫入和延長使用壽命)。因此最終容量可能是30、60、120、240、480 GB等。

14、如果我們考慮到pSLC減少了3

15、圖1：不同 NAND 操作模式下的電荷分布

16、圖2：NAND 技術(shù)比較

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