不敢買TLC SSD?看看這篇深度分析文

從前,大家談TLC色變;如今,TLC攻占SSD半壁江山。是的,這個世界就是這麼奇妙。不過,如果當你閱讀過三年前小編撰寫的《你罵我還是要說!TLC引領SSD發展新趨勢》一文,你就不會覺得那麼意外了。小編還是有先見之明了。
好啦,不抬高自己了,做人要謙虛。回歸今天的主題,雖然TLC早已占據主流地位,但傳言多了、百度多了,不少消費者還是抱有「怕」的態度,這一期的《SSD故事會》,帶著大家的問題,我們就來詳細了解TLC。

●TLC是什麼?為何TLC的價格最便宜?

固態硬碟就是靠NAND Flash閃存晶片存儲數據的,這點類似於我們常見的隨身碟。NAND Flash根據存儲原理分為三種,SLC、MLC、TLC。

SLC = Single-Level Cell,即1 bit per cell,1個存儲器儲存單元可存放1 bit的數據,只存在0和1兩個充電值。以此類推,TLC = Triple-Level Cell,即3 bit per cell,1個存儲器儲存單元可存放3 bit的數據。

TLC SSD成本低,容易做到大容量,單位容量的存儲器,可以存儲更多的數據,所以TLC每百萬字節生產成本是最低的。
●TLC的工作原理?

小編盡量用通俗語言解釋。根據NAND的物理結構,NAND是通過絕緣層存儲數據的。當你要寫入數據,需要施加電壓並形成一個電場,這樣電子就可以通過絕緣體進入到存儲單元,此時完成寫入數據。如果要刪除存儲單元(數據),則要再次施加電壓讓電子穿過絕緣層,從而離開存儲單元。

所以,NAND閃存在重新寫入新數據之前必須要刪除原來數據。

由於TLC的1個存儲器儲存單元可存放3 bit的數據,為了區分,必須使用不同電壓來做到。除了能夠做到和SLC一樣的000(TLC)=0(SLC)和111(TLC)=1(SLC)外、還有另外六種數據格式必須採用其他不同的電壓來區分,讓不同數量的電子進入到存儲單元,做到不同的數據表達。這樣,才能讓TLC做到單位存儲單元存放比SLC、MLC更多數據的目的。

●為何TLC的性能在三種介質中最差?

由於數據寫入到TLC中需要八種不同電壓狀態, 而施加不同的電壓狀態、尤其是相對較高的電壓,需要更長的時間才能得以做到(電壓不斷增高的過程,直到合適的電壓值被發現才算完成)。
所以,在TLC中數據所需訪問時間更長,因此傳輸速度更慢。經過實測,同等技術條件下,TLC的SSD性能是比不上MLC SSD的。
●為何以前TLC不流行?

為什麼沒有機械結構的SSD還是出現壽命問題?因為按照工作原理,閃存單元每次寫入或擦除的施加電壓過程都會導致絕緣體矽氧化物的物理損耗。這東西本來就只有區區10奈米的厚度,每進行一次電子穿越就會變薄一些。

主控落後的時代,TLC NAND在長期使用後容易出現異常
也正因為如此,矽氧化物越來越薄,電子可能會滯留在二氧化矽絕緣層,擦寫時間也會因此延長,因為在達到何時的電壓之前需要更長時間、更高的加壓。主控制器是無法改變編程和擦寫電壓的。如果原本設計的電壓值工作異常,主控就會嘗試不同的電壓,這自然需要時間,也會給矽氧化物帶來更多壓力,加速了損耗。
最後,主控控制編程和擦寫一個TLC閃存單元所需要的時間也越來越長,最終達到嚴重影響性能、無法接受的地步,閃存區塊也就廢了。

越先進制程,NAND的電子干擾更加嚴重。同時,傳統的2D閃存在達到一定密度之後每個電源存儲的電荷量會下降,損耗後的TLC絕緣層,相鄰的存儲單元也會產生電荷干擾,發展到20nm工藝之後,Cell單元之間的干擾現象更加嚴重,如果數據長時間不刷新的話就會出現像之前三星840 Evo那樣的讀取舊文件會掉速的現象。
所以,新主控等新技術開發之前,廠商一直不敢將TLC SSD推出市場,不可避免地出現可靠性問題,畢竟數據大於一切。
●人們為何會擔心TLC壽命?

由於TLC採用不同的電壓狀態,加上存儲容量多,擊穿絕緣層次數也比其他介質多,於是加速了絕緣層的損耗過程。所以,TLC SSD的壽命比SLC、MLC短得多。
一開始TLC的P/E壽命只有不到1000次,但是經過廠商改進算法以及優化主控,提升到1000到2000次。相比之下,MLC有3000到10000次擦寫壽命。如果用戶的PC只有TLC SSD,那麼在日常使用環境下,如果一個120GB SSD的P/E壽命只有不到1000次,並且每天寫入60GB的數據,那麼不到五年,SSD就會報廢。在目前性能過剩時代,這壽命是十分嚇人的,所以以前人們十分擔心TLC SSD的壽命問題。
●最近TLC SSD為何「倒行逆施」般井噴?

三星 850 EVO、東芝 Q300、英睿達BX200……我們耳熟能詳的SSD廠商都在2015年大規模推出了TLC SSD,氣勢磅礴。既然我們之前說了TLC那麼多的不足,為何廠商依然推廣呢?不是搬石頭砸自己腳嗎?

東芝 TC58NC1000GSB主控支持Smart ECC、Smart Flush0等技術。
這一年來,SSD廠商最大的功勞就是解決了TLC的P/E壽命問題,讓TLC SSD的壽命上升到我們使用一台電腦正常周期上。主控算法的好壞會對性能和壽命造成非常大的影響,目前SSD廠商在主控技術上進行了很大的改進,信號處理,更強的ECC算法、擴大備用區域的容量增加預留空間等技術應用,從TLC的500–1000次P/E提升到目前的1000到2000次,一定程度上保證了可靠性與壽命。


我們知道TLC的性能比較差,尤其寫入性能上,SSD廠商就通過SLC Cache的運用,只要製造一個大容量的緩沖區用戶很多時候就不會感覺得到寫入速度慢,而且SLC Cache玩得好還有延長壽命的作用。

另外,SSD廠商對於TLC SSD的質保提升到與MLC SSD基本一致的水平,比如三星 TLC SSD的質保一般為五年,讓消費者在這五年的使用中高枕無憂。加上TLC天生的價格優勢,以及金字招牌,的確有很大的吸引力。越來越多的廠商參與到TLC SSD的競爭中,價格不斷走低,讓不少對SSD感興趣的朋友嘗鮮一把,助長了TLC SSD的壯大。
●TLC的未來?
TLC的逆襲就是揚長避短的道理。有市場,就有進步,相信廠商會對TLC技術進行更多的研究,保證物美價廉的TLC繼續生存下去。

3D NAND閃存對比2D有著壽命優勢
比如三星3D NAND閃存就是TLC的一個重要方向。3D NAND是不再追求縮小Cell單元,而是通過3D堆疊技術封裝更多Cell單元,所以我們不必要追求更先進的制程,畢竟制程約先進,壽命反而越差。

所以,可以使用相對更舊的工藝來生產3D NAND閃存,使用舊工藝的好處就是P/E擦寫次數大幅提升,而且電荷干擾的情況也因為使用舊工藝而大幅減少。

未來的3D NAND可能都會做成可以MLC與TLC工作模式相互切換,也就是用TLC屏蔽一半容量、來充當MLC,也就是各種所謂的3bit MLC技術創新。類似地,東芝的Q300和OCZ TRION 100用的還是更長壽穩定的企業級eTLC聽起來SLC、MLC、TLC不再是涇渭分明。

●面對TLC,我們應該怎麼做?
根據行業的消息可知,入門與主流已經是TLC的天下,MLC則繼續在高端領域發揮它作用。廠商是產品與技術的推動者,我們作為消費者只能被動接受別人的遊戲規則。
TLC SSD趨勢不能阻擋
雖然TLC SSD的性能比不過用MLC的SSD,但再糟糕都比HDD要好得多。所以我們要有這個觀念。第二,在TLC的推動下,240GB的SSD已經不用400元就能入手,性價比十分不錯。總之,TLC不再是吳下阿蒙,所以我們不必再擔心TLC的種種顧慮,盡情使用吧!畢竟質保放在這呢。
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