以后你买的SSD可能就用它了 QLC闪存颗粒开始发力

2017年07月24日 08:33   出处:泡泡网原创   作者:宋阳   分享

    最近,因为东芝宣布了世界上首款走出实验室投入实用的QLC闪存,让QLC闪存颗粒再次让世人关注了起来,不过相信很多人还不了解QLC是什么东西........其实就连笔者身边的很多做硬件的朋友都不太了解,所以笔者觉得今天有必要和大家聊一聊它!

QLC闪存颗粒是什么?

   在聊QLC之前,我觉得先来聊一聊TLC会有助于大家理解它,现在购买过SSD的朋友应该都听说过TLC闪存颗粒,因为2017年整体TLC SSD出货比重接近75%,而SSD市场所占比重更大,也就是说现在大家买到的固态硬盘,基本上都是TLC的。而QLC则是有望未来接替他成为主流的产品!

闪存颗粒的类型有以下几种:SLC、MLC 、TLC 、QLC 

参照上图解释给大家会更清晰一些

  SLC单比特单元(每个Cell单元只储存1个数据,有21=2个状态,就是0和1,也就是仅有两种不同的电压状态),因为稳定,所以性能最好,寿命也最长(理论可擦写10W次),成本也最高,最早的顶级颗粒,但因为成本问题,目前已经消失在大家的视野里。

  MLC双比特单元(每个Cell单元储存2个数据,有22=4个状态,00.01.10.11,因此有四种不同电压状态),也就是仅有两种不同的电压状态)性能、寿命(理论可擦写1W次)、成本在几种颗粒中算是均衡的,接替SLC的产品,在TLC之前的绝对主流颗粒,而目前主要用于高端和企业级产品。

  TLC三比特单元(每个Cell单元储存3个数据,有23=8个状态,不详列,如上图,有八种不同电压状态),成本低,容量大,但寿命越来越短(理论可擦写1500次),但随着技术的成熟,目前寿命问题已经得到解决,并成为目前闪存颗粒中的最主流产品。

  QLC四比特单元(每个Cell单元储存4个数据,有24=16个状态,不详列,如上图,有十六种不同电压状态),成本更低,容量更大,但寿命更短(理论可擦写150次),想成为接替TLC的产品还有急需解决的问题。

注:每Cell单元存储数据越多,单位面积容量就越高,但同时导致不同电压状态越多,越难控制,所以导致颗粒稳定性越差,寿命低。利弊都有。

QLC闪存颗粒的劣势:

    QLC出现的时间很早,但一直未被人关注过,它真正的进入大家的眼睛,应该是从2015年,以往QLC闪存顶多是在实验室里讨论,因为这种闪存还不成熟,而东芝首次在公开场合讨论了QLC闪存,也让大家真正开始注意到它,对其的担忧也一直没有中断。

    1.产品本身问题:如同早期的TLC闪存颗粒,QLC也急需解决得问题有闲置漏电问题、寿命问题、错误率高问题、读写干扰问题,由于这些因素,以及QLC可擦写性低的原因,它之前一直被定义为只被用于存储盘的行列。

    2.市场的考验:这一点依然要从TLC的过往说起,最早的TLC出现时候,MLC颗粒虽然价格依然昂贵,但因为均衡性强,相较SLC又廉价了太多,所以当时独领风骚,而TLC面临着状态不稳定,寿命低的严重缺陷,只配使用在U盘这类产品中(而且也基本是山寨无保货),甚至多年被市场与厂商的摒弃。QLC必然也要经历一番。

    3.消费者的认可:从怀疑到认可TLC闪存颗粒,消费者花费了多年的时间与印证,这一点上不知道QLC会需要经历多久,新技术的出现一定会需要时间的考验才能真正让人放心。

QLC闪存颗粒的优势:

    价格:TLC当初虽然弱势,但依然未被放弃,并最终取代了MLC,最主要的原因就在于价格,而QLC的成本则相对于TLC还要低25%甚至更多,这让一直希望将SSD普及并取代机械硬盘的厂商们不得不对其关注并报以期待。

    容量:从QLC的特性就可以看到,QLC的容量上是碾压TLC的,如今的TLC在3D技术的帮助下,512Gb核心容量的64层堆栈3D NAND闪存,单颗核心容量就达到了64GB,每颗闪存封装多颗核心,三星可以在单颗芯片封装内,做到1TB容量。那么QLC的容量就更不可估量了,硬盘的容量局限性已经很难解决,但SSD却仍有很大空间,未来做到100TB以上也是完全可行的。

   速度:虽然目前的QLC在速度方面,还没有任何体现,但是闪存颗粒的特性决定了它不会很慢,至少相比机械硬盘是一定有优势的,而且如今接口类型的发展以及主控越做越好,速度上并不会成为阻碍它的因素。

QLC闪存颗粒的转机:    

    虽然QLC目前还有各种问题需要解决,但其优势也非常明显,尤其对于厂商来说,QLC的大容量低成本对厂商来说是个不可抗拒的诱惑。

    而3D闪存的发展QLC闪存颗粒来说是个天赐良机,传统平面NAND闪存在提升容量及可靠性上日渐乏力,但3D堆栈技术使得闪存可靠性及速度都有所改善,这一点上在TLC上已经得到印证。

    在稳定性方面,4位数据带来的挑战也很大,更精确的电压控制、更复杂的干扰等问题都会影响QLC闪存的性能及可靠性,但现在东芝用自己先进的电路设计和3D闪存技术克服了这一技术难关,成功打造了世界上首个QLC 3D闪存。

    而寿命方面,东芝称其QLC NAND拥有多达1000次左右的P/E编程擦写循环,已经打破之前预计的100-150次魔咒,可以与TLC闪存颗粒寿命想媲美,现在的TLC SSD在质保方面,都已经做到5年包换了,那么QLC的未来又有什么好担心。

    容量上,东芝的QLC技术实现了每闪存颗粒768Gb的容量,相比之前512Gb TLC颗粒有了更大提升。东芝的QLC颗粒能以16颗粒封装,实现单颗芯片封装达到1.5TB的容量,容量达到目前单颗最大。

QLC闪存颗粒的展望:

    从之前的图表中就可以看到,四种颗粒都是呈接替状态出现,MLC接替了SLC,TLC接替了MLC,主要原因都在于成本以及容量,而未来的QLC也将继承这个状态,只需要如TLC当年一样,解决寿命以及稳定性问题,而从东芝的消息中得知,这些或许都已经不再是难题。

    除了东芝外,Intel、美光、三星几家芯片厂商其实都早已开始研究QLC闪存,如今东芝首先让其从实验室走出,那么真正市场只是时间问题,各种消息已经透露出,QLC闪存在明年下半年就会正式进入商业化。

    从早起的TLC面临的各种困难来看,QLC真正商业化也会步履艰难,但它的命运要远比TLC好的多,因为寿命以及稳定性方面等各项技术在TLC发展过程中已经趋向成熟, 事实上,经过厂商不断的改进,TLC技术已经十分成熟,无论性能还是寿命都可以满足日常消费甚至企业级应用,目前几乎绝大多数消费级SSD都在用它。而QLC的巨大诱惑也会让芯片厂商废寝忘食的将其完善。

    对于我们最终用户来说,只要价格便宜,容量大,速度快,寿命有保障,那么是TLC还是QLC又有什么关系,相信目前最该发愁的就是希捷、西数了,在这一点上,西数走在了前面,目前已经推出了多款SSD,并称将率先使用QLC,而希捷却依然固守机械硬盘市场,而TLC没有做到的事情,QLC SSD是真的有望完成的,那就是让固态硬盘彻底取代机械硬盘,如果未来QLC真的在容量与价格上都碾压了机械硬盘的话,不知道希捷会不会后悔。■

    本文编辑:宋阳

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