固态硬盘MLC、TLC和QLC颗粒

印宁华|Indining China|

2023-08-08 09:04:11 817

在U盘、SSD等固态存储产品中，闪存芯片颗粒是核心，其关乎产品成本、寿命以及速度。闪存芯片颗粒主要有三种类型，分别为SLC、MLC、TLC，三者之间的区别，如下：SLC、MLC、TLC闪存芯片颗粒区别介绍

1、SLC = Single-Level Cell ，即1bit/cell，速度快寿命长，价格贵（约MLC 3倍以上的价格），约10万次擦写寿命；

2、MLC = Multi-Level Cell，即2bit/cell，速度一般寿命一般，价格一般，约3000---10000次擦写寿命。

3、TLC = Trinary-Level Cell，即3bit/cell，也有Flash厂家叫8LC，速度慢寿命短，价格*，约500-1000次擦写寿命。

4、QLC = Quad-Level Cell，即4bit/cell, 四层式存储单元，QLC闪存芯片颗粒有着比TLC更高存取时间，与此同时价格上对比TLC变低，优点就是能将容积做出来的更高，价格上变低，缺点便是P/E使用寿命较短，*初基础理论可读写频次仅150次，但随着技术和工艺的进步现在已提升了近十倍。

固态硬盘简介：固态硬盘(Solid State Drives)，简称固盘，固态硬盘(Solid State Drive)用固态电子存储芯片阵列而制成的硬盘，由控制单元和存储单元(FLASH芯片、DRAM芯片)组成。固态硬盘在接口的规范和定义、功能及使用方法上与普通硬盘的完全相同，在产品外形和尺寸上也完全与普通硬盘一致。被广泛应用于军事、车载、工控、视频监控、网络监控、网络终端、电力、医疗、航空、导航设备等领域。

其芯片的工作温度范围很宽，商规产品(0~70℃)工规产品(-40~85℃)。虽然成本较高，但也正在逐渐普及到DIY市场。由于固态硬盘技术与传统硬盘技术不同，所以产生了不少新兴的存储器厂商。厂商只需购买NAND存储器，再配合适当的控制芯片，就可以制造固态硬盘了。新一代的固态硬盘普遍采用SATA-2接口、SATA-3接口、SAS接口、MSATA接口、PCI-E接口、NGFF接口、CFast接口和SFF-8639接口。

随着互联网的飞速发展，人们对数据信息的存储需求也在不断提升，现在多家存储厂商推出了自己的便携式固态硬盘，更有支持Type-C接口的移动固态硬盘和支持指纹识别的固态硬盘推出。

MLC和TLC的区别是成本不同，闪存粒子*早只是SLC技术粒子，为了降低成本，制造商开发了MLC颗粒，为了进一步降低成本，制造商开发了TLC颗粒，因此TLC的成本低于MLC，性能也是不同的，闪存颗粒本质上是一块指甲大小的硅板，通过极紫外光将其雕刻成数十亿纳米级存储单元，新一代TLC颗粒在性能上优于MLC。

TLC和MLC是两种不同的硬盘粒，在正常条件下，MLC的使用寿命比TLC长，MLC在读写速度上比TLC硬盘快，而且TLC硬盘在长时间使用后会失去速度，但在正常家用中它们之间的差异并没有那么大，MLC在各方面都优于TLC硬盘，但同等容量的MLC硬盘在价格上要高于TLC硬盘，在选择固态硬盘时需要考虑用户的具体用途和预期预算，对于大多数用户来说TLC固态硬盘不仅价格*，而且足够日常使用。

关于QLC
在这个互联网时代，游戏、电影、照片等数据越来越大，硬盘容量将会面临着前所未有的挑战。虽然传统的机械硬盘可以解决容量问题，但是速度太慢，体验糟糕，并不是*优的个人存储解决方案。

我们渴求大容量的SSD，不过超过TB大容量SSD动不动就几千元的售价，对于支付能力有限用户实际上没有意义。SSD的成本主要来源于闪存，在TLC闪存能够实现TB容量可惜价格未能降下来。只有不断开发新类型的闪存，解决容量与价格的矛盾，才能让SSD真正在大数据时代发挥应有作用。

这时，QLC 闪存就应运而生，目前，东芝和西数先后宣布成功开发基于四比特单元3D NAND闪存芯片，即QLC闪存，这也意味着QLC SSD将要来临。那么，它与TLC闪存又有什么区别，能否取代TLC成为SSD主流闪存之选?

什么是TLC 以及QLC闪存?

TLC = Trinary-Level Cell，即3bit/cell(每个Cell单元储存3个数据，有8个状态，具体如上图，有八种不同电压状态)。主要特点：成本低，容量大，但速度慢，寿命短，约500-1000次擦写寿命。但随着技术的成熟，寿命问题已经得到改善(约1500-2000次擦写寿命)，并成为目前闪存颗粒中的*主流产品。

QLC=Quad-Level Cell，即4bit/cell(每个Cell单元储存4个数据，有16个状态，具体如上图，有十六种不同电压状态)。相比于TLC来说，成本比更低，容量更大，而可靠、稳定性及寿命则更差些(此前几年预计的理论可擦写100-150次)，不过目前东芝宣称，他们的QLC NAND拥有多达1000次左右的P/E编程擦写循环，几乎已经和TLC闪存旗鼓相当。

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，导致颗粒稳定性越差，寿命低，利弊都有。

不得不承认，TLC闪存的出现大大提升了SSD的容量，并在一定程度上降低了SSD的价格。不过，依旧没解决SSD价格的难题，大容量SSD仍旧贵。小容量SSD+大容量HDD的存储方案，终究没有单纯大容量SSD来得好。

当QLC 闪存的诞生，也许既廉价又拥有超大容量的SSD，从理想变为现实。

QLC与TLC之间的区别：

1、寿命
前段时间，东芝称其QLC NAND拥有多达1000次左右的P/E编程擦写循环，打破100-150次魔咒，可以与TLC闪存颗粒寿命想媲美。如果真的达到这个标准，那么QLC SSD就能够“理直气壮”进入市场了。

1000次寿命,对于普通人来说,也没有那么可怕。一般人平均每天的写入量很少能超过10GB，那么我们就假设是10GB，120GB QLC SSD，写入寿命达到120 TB。假设写入放大系数则假定为3，甚至5，那么三年之内，很难写坏它。且QLC闪存拥有高容量，也意味着其在QLC驱动器中可通过超额配置以延长产品本身的有效寿命。

目前TLC SSD在质保期普遍达到3年，有的质保期甚至达到5年。那么QLC 寿命问题又有什么好担心?

2、稳定性 QLC闪存是存储4位电荷，有16种状态，而TLC存储3位电荷，有8种状态。这意味着QLC闪存单位存储密度更大，是TLC的2倍，单颗芯片可达到256GB甚至512GB。但是，也因如此，QLC闪存的电压更难控制，干扰更复杂，而这些问题都会影响QLC闪存的性能、可靠性及稳定性。不过TLC的这个活生生的案例在前面，解决起来会更容易一些。

3、成本虽然QLC只是在TLC的电子单元内增加了一个比特位，但其所要求的技术含量却非常高。因为不仅要在原有的基础上增加一个比特单位，还需要双倍的精度才能保有足够高的稳定性以及性能。不过，一旦解决了所有技术上的难题，随着SSD容量的大幅增加，其所需要的单位成本也会相应降低。

4、容量东芝的QLC的技术已经可以实现每闪存颗粒768Gb(96GB)的容量，相比之TLC颗粒的 512Gb有了更大提升。如果采用16颗粒封装，那么可以实现单颗芯片封装达到1.5TB的容量，容量达到目前单颗*大。如果一块SSD采用八颗这样的新品，总容量可以达到惊人的12TB。

写在*后：

虽说目前QLC 闪存也只是这几年正式出现在人们的视线中，其在速度、寿命、稳定性等方面可能会比TLC差，但是更*的成本、更大容量的优势是无法忽视的。随着技术的不断发展和成熟，QLC就像当年TLC一样从不被接纳到广泛认可也是早晚的事情，

其实不管是TLC还是QLC，只要价格够*，容量够大，速度够快，寿命有保障，总会获得消费者的喜欢，赢得属于自己的市场份额。

而对于HDD来说，QLC的出现将带来更大的威胁。或许真正QLC SSD普及之时，才是HDD 跟我们Say byebye之时。

固态硬盘寿命杀手究竟是谁？

与其担心写入量的问题会影响固态硬盘寿命，不如担心一下固态硬盘寿命的真正杀手——过热和突然断电。因为固态硬盘是用电信号擦除写入数据，所以突然断电对固态硬盘来说非常严重的事情，频繁的突然断电可能会导致数据丢失，包括已写入保存的数据！这和机械硬盘是有本质区别的。所谓突然断电，比如说停电、硬关机这类都属于断电范畴。

另一个寿命杀手就是过热了，固态硬盘其实耐热能力不如机械硬盘，过热会极大缩短固态硬盘中闪存颗粒的寿命，这是因为电子芯片会因为过热产生一种叫做电子迁移的现象，说白一点就是加速老化，从物理结构上造成不可逆的寿命损伤，如果长时间高强度使用固态硬盘，再加上散热工作不到位，就很容易造成固态硬盘过热，就小编的看法，这远比关心闪存颗粒的擦写次数更值得关注。

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