Shvatite razliku između različitih razreda SSD čipova NAND Flash SLC, MLC, TLC, QLC

Puni naziv NAND Flasha je Flash Memory, što spada u trajne memorijske uređaje (Non-volatile Memory Device).Temelji se na dizajnu tranzistora s pokretnim vratima, a naboji se zatvaraju kroz plutajuća vrata.Budući da su plutajuća vrata električno izolirana, elektroni koji dospiju do vrata ostaju zarobljeni čak i nakon što se napon ukloni.Ovo je razlog za nepromjenjivost bljeskalice.Podaci se pohranjuju u takve uređaje i neće biti izgubljeni čak ni ako se isključi napajanje.
Prema različitim nanotehnologijama, NAND Flash je doživio prijelaz sa SLC na MLC, a zatim na TLC, te se kreće prema QLC.NAND Flash naširoko se koristi u eMMC/eMCP, U disku, SSD-u, automobilima, Internetu stvari i drugim područjima zbog velikog kapaciteta i velike brzine pisanja.

SLC (engleski puni naziv (Single-Level Cell – SLC) je jednorazinska pohrana
Karakteristika SLC tehnologije je da je oksidni film između plutajućih vrata i izvora tanji.Prilikom pisanja podataka, pohranjeni naboj može se eliminirati primjenom napona na naboj plutajućih vrata i zatim prolaskom kroz izvor., to jest, samo dvije promjene napona od 0 i 1 mogu pohraniti 1 informacijsku jedinicu, odnosno 1 bit/ćeliju, koju karakterizira velika brzina, dug životni vijek i snažna izvedba.Nedostatak je što je kapacitet nizak, a cijena visoka.

MLC (engleski puni naziv Multi-Level Cell – MLC) je višeslojna pohrana
Intel (Intel) je prvi uspješno razvio MLC u rujnu 1997. Njegova funkcija je pohraniti dvije jedinice informacija u plutajuća vrata (dio gdje se pohranjuje naboj u ćeliji flash memorije), a zatim koristiti naboj različitih potencijala (Razina ), Točno čitanje i pisanje putem kontrole napona pohranjene u memoriji.
To jest, 2 bita/ćelija, svaka jedinica ćelije pohranjuje 2 bita informacije, zahtijeva složeniju kontrolu napona, postoje četiri promjene 00, 01, 10, 11, brzina je općenito prosječna, životni vijek je prosječan, cijena je prosječna, oko 3000—10000 puta trajanja brisanja i pisanja. MLC radi pomoću velikog broja stupnjeva napona, svaka ćelija pohranjuje dva bita podataka, a gustoća podataka je relativno velika i može pohraniti više od 4 vrijednosti odjednom.Stoga, MLC arhitektura može imati bolju gustoću pohrane.

TLC (engleski puni naziv Trinary-Level Cell) je troslojna pohrana
TLC je 3 bita po ćeliji.Svaka jedinica ćelije pohranjuje 3-bitne informacije, što može pohraniti 1/2 više podataka od MLC-a.Postoji 8 vrsta promjena napona od 000 do 001, odnosno 3 bita/ćeliji.Postoje i Flash proizvođači koji se zovu 8LC.Potrebno vrijeme pristupa dulje, pa je brzina prijenosa manja.
Prednost TLC-a je u tome što je cijena jeftina, proizvodni trošak po megabajtu je najniži, a cijena je jeftina, ali životni vijek je kratak, samo oko 1000-3000 vijek trajanja brisanja i ponovnog pisanja, ali ozbiljno testirani SSD TLC čestica može koristiti normalno više od 5 godina.

QLC (engleski puni naziv Quadruple-Level Cell) četveroslojna jedinica za pohranu
QLC se također može nazvati 4bit MLC, četveroslojna jedinica za pohranu, odnosno 4 bita po ćeliji.Postoji 16 promjena napona, ali kapacitet se može povećati za 33%, odnosno, performanse pisanja i vijek trajanja brisanja bit će dodatno smanjeni u usporedbi s TLC-om.U specifičnom testu performansi, Magnesium je proveo eksperimente.Što se tiče brzine čitanja, oba SATA sučelja mogu doseći 540MB/S.QLC ima lošiju izvedbu u brzini pisanja, jer je njegovo P/E vrijeme programiranja dulje od MLC-a i TLC-a, brzina je sporija, a kontinuirana brzina pisanja je Od 520MB/s do 360MB/s, slučajna izvedba pala je s 9500 IOPS na 5000 IOPS, gubitak od gotovo polovice.

PS: Što je više podataka pohranjeno u svakoj ćelijskoj jedinici, to je veći kapacitet po jedinici površine, ali u isto vrijeme dovodi do povećanja različitih naponskih stanja, što je teže kontrolirati, tako da stabilnost NAND Flash čipa postaje lošiji, a životni vijek kraći, svaki sa svojim prednostima i nedostacima.

(Vjek trajanja NAND Flash čitanja i pisanja je samo za referencu)
Nije teško vidjeti da su performanse četiri vrste NAND flash memorije različite.Cijena po jedinici kapaciteta SLC-a viša je nego kod drugih vrsta čestica NAND flash memorije, ali vrijeme zadržavanja podataka je dulje i brzina čitanja je brža;QLC ima veći kapacitet i nižu cijenu, ali zbog niske pouzdanosti i dugotrajnosti nedostatke i druge nedostatke još treba dalje razvijati.

Iz perspektive troškova proizvodnje, brzine čitanja i pisanja i životnog vijeka, poredak u četiri kategorije je:
SLC>MLC>TLC>QLC;
Trenutna mainstream rješenja su MLC i TLC.SLC je uglavnom namijenjen vojnim i poslovnim aplikacijama, s velikom brzinom pisanja, niskom stopom pogreške i dugotrajnošću.MLC je uglavnom namijenjen aplikacijama potrošačke razine, njegov kapacitet je 2 puta veći od SLC-a, jeftin, prikladan za USB flash pogone, mobilne telefone, digitalne kamere i druge memorijske kartice, a danas se široko koristi u SSD-ovima potrošačke klase .

NAND flash memorija može se podijeliti u dvije kategorije: 2D struktura i 3D struktura prema različitim prostornim strukturama.Tranzistori s plutajućim vratima uglavnom se koriste za 2D FLASH, dok 3D flash uglavnom koristi CT tranzistore i plutajuća vrata.Je poluvodič, CT je izolator, dva su različita po prirodi i principu.razlika je u sljedećem:

2D struktura NAND Flash
2D struktura memorijskih ćelija raspoređena je samo u XY ravnini čipa, tako da je jedini način da se postigne veća gustoća u istoj pločici korištenjem 2D flash tehnologije smanjenje procesnog čvora.
Loša strana je da su pogreške u NAND flashu češće za manje čvorove;osim toga, postoji ograničenje na najmanji procesni čvor koji se može koristiti, a gustoća pohrane nije visoka.

3D struktura NAND Flash
Kako bi povećali gustoću pohrane, proizvođači su razvili 3D NAND ili V-NAND (okomiti NAND) tehnologiju, koja slaže memorijske ćelije u Z-ravninu na istoj ploči.

U 3D NAND flashu, memorijske ćelije su povezane kao okomiti nizovi, a ne horizontalni nizovi u 2D NAND, a izgradnja na ovaj način pomaže u postizanju visoke gustoće bitova za isto područje čipa.Prvi 3D Flash proizvodi imali su 24 sloja.