别急着吐槽最新的PLC寿命有多差,你都不知道MLC刚上市被骂的多惨

2020-02-10 16:19:44 22点赞 61收藏 41评论

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创作立场声明:Tony哥的PC日常

即便PLC仅仅是打算对HDD取而代之,那也要先尝一遍市场的口诛笔伐

TLC刚刚体会到普及率飙升带来的存在感,QLC就已经整装待发,准备冲击新一轮容量/价格比的极限了。然鹅,还没等键盘侠和IT传媒的大V们对QLC的寿命、性能进行热烈地吐槽,PLC又含苞待放,乘着5bit的小船将SSD的主流容量从1TB推向10TB了。

什么情况?10TB的固态硬盘?价格要起飞吗?什么情况?10TB的固态硬盘?价格要起飞吗?

不至于,照东芝目前的布局规划,PLC从量产到面市还需要一段时间,外加和TLC、QLC的性能、寿命(PE数)差距,数码君预测10TB PLC-SSD的容量也就是¥2000~¥3000以内这样子,且最快面市普及也要等到2021.Q1左右了。先别着急吐槽寿命,毕竟这玩意儿是为了在民用存储上替代磁盘式机械硬盘存在的,HDD在4TB原地踏步三四年了,天知道这货到底还能存在多久。

早在2017年,固态硬盘吧的网友就已经在谈论PLC是否会到来早在2017年,固态硬盘吧的网友就已经在谈论PLC是否会到来

当然了,接受吐槽是必须的。除了SSD市场,计算机全身13个配件还真没有哪个领域是自上而下“倒退式”发展的。因此,造就了每一代新型NAND存储方案诞生之后,寿命普遍降低、速度普遍衰减、可靠性普遍放飞自我的喜剧效果。现在大家口中的香饽饽“MLC”,在当年替代SLC固态拿下主流市场份额时,也一样被喷得无地自容。

强如MLC一般的存在,当年也被世人吐槽到自闭强如MLC一般的存在,当年也被世人吐槽到自闭

MLC当年的日子也不好过,只能在SLC的光环下猥琐做人

啥是SLC?为啥我玩数码三四年了,从没用过SLC的固态硬盘!?

SLC是SSD王朝中爸爸一般的存在,看看上图人家的颜值,你觉得你钱包同意吗?SLC是SSD王朝中爸爸一般的存在,看看上图人家的颜值,你觉得你钱包同意吗?

嗯,别说你3~4年的数码史,数码君10年前(2009年)的第一块Intel X-25 G2 80GB固态硬盘,也只不过是34nm的MLC罢了,咱也没用过SLC那么高级的玩意儿啊!

为什么MLC这么美,大家当年还要黑他?别急着吐槽最新的PLC寿命有多差,你都不知道MLC刚上市被骂的多惨 

嗯~就是因为MLC上面还存在一个99.99%用户都没用过的SLC,它的擦写寿命是MLC的10~20倍,速度及可靠性更是胜出后者不少。当MLC用低于SLC三至五倍价格抢占低端市场时,业界对MLC的吐槽声完全不亚于当下对TLC、QLC的激烈程度。

SLC

SLC(英文全称:Single-Level Cell,即1bit Cell),利用正、负两种电荷,在每一个浮动栅存储1个bit的信息,传统工艺模式下约10万次擦写寿命。读写速度最佳,寿命最长,价格最贵(SLC同容量下价格约为MLC的3~5倍);

SLC数据寄存模式示意图SLC数据寄存模式示意图

MLC

MLC(英文全称:Multi-Level Cell,即2bit/cell),利用不同电位的电荷,在每一个浮动栅存储2个bit的信息,传统工艺模式下约5000-10000次擦写寿命;

MLC数据寄存模式示意图MLC数据寄存模式示意图

eMLC

eMLC(英文全称:Enterprise Multi-Level Cell)即企业多级单元。它是MLC NAND闪存的一个(寿命)强化版本,它在通过主控策略及对应的固件、驱动程序等弥补了SLC和MLC之间的性能和耐久差距。eMLC固态硬盘肯定比MLC的更贵,但对比SLC固态依然保持2倍以上的价格差距。尽管每个单元仍然存储2个Bit,但eMLC驱动器的控制器管理数据放置、磨损均衡和一些其他存储操作延长了eMLC SSD的使用寿命。传统工艺模式下约10000~50000次擦写寿命;

eMLC本质上依然是MLC,只是武装到牙齿罢了eMLC本质上依然是MLC,只是武装到牙齿罢了

TLC

TLC(英文全称:Trinary-Level Cell)即3bit/cell,利用不同电位的电荷,在每一个浮动栅存储3个bit的信息,传统工艺模式下约500-1000次擦写寿命。速度较MLC更慢,寿命更短,价格更为便宜。

TLC数据寄存模式示意图TLC数据寄存模式示意图

QLC、PLC、HLC... ...别急着吐槽最新的PLC寿命有多差,你都不知道MLC刚上市被骂的多惨 

QLC = Quad-Level Cell,即4bit/cell。利用不同电位的电荷,一个浮动栅存储4个bit的信息,传统工艺模式下约300-500次擦写寿命。速度更慢,寿命更短,价格更便宜。

PLC = Penta-Level cell,即5bit/cell。利用不同电位的电荷,一个浮动栅存储5个bit的信息... ...

别急着吐槽最新的PLC寿命有多差,你都不知道MLC刚上市被骂的多惨

好吧如果一直写的话,可以继续这么复制粘贴下去,唯一不变的就是,寄存位数越高,性能、寿命愈加降低。然而,上文谈及各种类SSD的擦写寿命时,总会代入一句话:“传统工艺模式下”,这又是什么意思呢?

固态硬盘的长寿革命:传统2D NAND工艺 Upto 最新3D NAND工艺

擦写寿命取决于多重因素,其中ECC校检位(纠错)问题是“传统工艺模式下”最难实现随SSD容量攀升而获得提升的技术指标之一。而单位面积的存储量则决定了产品能否在多用途、多领域、多行业的普及度如何。

传统NAND ECC纠错机制(图源Geekster)传统NAND ECC纠错机制(图源Geekster)

Sandisk在2009年就曾试图使用当年43nm的制造工艺实现QLC高密度NAND颗粒的研发,最终因纠错率问题导致失败。单层NAND的2D(二维平面)技术如果想实现TB级的SSD存储量,恐怕要造出键盘或者鼠标垫那么大尺寸才行。而与之对应的ECC校检规模也将是灾难级的。

3D NAND技术极大地拓展了单位密度、ECC纠错机制、主控策略逻辑的提升与发展规模3D NAND技术极大地拓展了单位密度、ECC纠错机制、主控策略逻辑的提升与发展规模

就像40年前人口没那么多的时候,大家都住平房大杂院其乐融融,然而现在都不得不挤进高楼公寓里。三五亩地原来只够住三五户人,而如今从平房变成高楼大厦,三五十户人也住得下。

别急着吐槽最新的PLC寿命有多差,你都不知道MLC刚上市被骂的多惨

用专业严谨的方式来说就是,在一定的工艺阶段中,晶圆切割与蚀刻工艺是存在上限的,如43nm→20nm→15nm→12nm,而在固定的工艺阶段中,固态硬盘上NAND颗粒的装载容量以及颗粒内存储单元的容量也是有上限的,即单颗die可以容纳的寄存器栅位必将到达数量极限,如果要想在制造工艺到达一定时期内上限,而进一步扩大每die的寄存器栅位时,就必须考虑搭积木了。

飞升!?没那么二次元,平房变楼房而已~飞升!?没那么二次元,平房变楼房而已~

3D NAND技术是在二维平面基础上,不仅在长x宽的布局内,而且在垂直方向也进行颗粒的排列,即将原本平面的堆叠方式,演变为多层立体堆叠方式。

当前主流的3D-NAND(3D-TLC、3D-QLC以及必然出现的3D-PLC)技术,可以使存储单元得以立体式堆栈,从而解决了传统晶圆迫近物理极限而无法继续扩大每die可用容量的限制,在不改变单位“占地面积”的前提下,向上层空间要“可用面积”,进而增加SSD用户的“套内使用面积”。

别急着吐槽最新的PLC寿命有多差,你都不知道MLC刚上市被骂的多惨

回到本段内容开始时提到的ECC校检位纠错机制。传统MLC获得高速相应性能的指标之一就是对校检模块数量的要求不那么多。因存储密度不同,在15nm制程下,如每单位MLC需要50组校检位,那么同样15nmTLC则需要多达75组以上的校检位。然而,当3D NAND技术引入之后,即便是4bit级别的3D-QLC NAND固态硬盘,在同样15nm制程下也仅需最多20组校检位即可!

Intel P4500企业级固态硬盘都用上3D-TLC了,且读写速度惊人Intel P4500企业级固态硬盘都用上3D-TLC了,且读写速度惊人

这也是为什么在当年2D NAND技术下,SLC、MLC、TLC产品间读写性能差异巨大的原因之一。而如今,只要在没有写满全盘的情况下,MLC、TLC甚至QLC的读写性能很难有较大差异,这其中,3D NAND功不可没,除此之外,主控技术(以及IC封装、总线规格)的提升也付出了非常大的贡献。

3D-TLC、3D-QLC、3D-PLC、3D-HLC... 的寿命不断延长,或将终生质保

至于寿命问题,“传统工艺模式下”TLC、QLC的擦写寿命极限也被不断刷新、改写。新的主控策略、DRAM缓冲技术以及3D堆栈工艺带来的高效ECC校检技术,都在慢慢改写着人们对NAND使用寿命的认知。

当下玩家最喜爱探讨的SSD的寿命话题,未来将会随着技术的攀升逐渐消散当下玩家最喜爱探讨的SSD的寿命话题,未来将会随着技术的攀升逐渐消散

至少,对一个每天刷网页看剧玩游戏,偶尔下载个电影的普通用户来说,想把一块1TB容量 3D-QLC固态硬盘写到坏,至少需要6~10年甚至更长的时间。哦对了,按照当前的NAND发展模式,固态硬盘行业已经无限接近于DRAM行业,固态硬盘的保修期限从以往的3年、5年,很有可能转变为10年甚至终身质保。

为啥?厂商都疯了吗?

真不是,面对几何指数级增加的SSD容量以及愈加“珍贵”的低bit NAND颗粒,等5~10年以后,厂商用相同(或更大容量)的全新PLC、HLC固态硬盘来置换你这块坏掉的TLC、QLC固态,我真说不好到底是谁赚了谁赔了( ╯□╰ )

犹如往日被喷的MLC,它的珍贵,时间比你我更懂得犹如往日被喷的MLC,它的珍贵,时间比你我更懂得

至少,我手里的那块128GB老MLC固态硬盘现在卖二手价格也比全新的256GB TLC贵得多~这就是SSD行业催人泪下的“倒退发展史”别急着吐槽最新的PLC寿命有多差,你都不知道MLC刚上市被骂的多惨 。

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