固態(tài)硬盤知識科普：何為TLC、MLC？

現(xiàn)在又到了閃存種類交替的時候，今年大量的TLC SSD涌向消費級市場，三星這個已經(jīng)玩了幾年TLC的就先不說了，SanDisk拿出了UltraII，東芝旗下的OCZ放出了Trion 100，東芝自己也有Q300，鎂光在11月也推出了BX200參戰(zhàn)，海力士雖然沒做自己的TLCSSD，但是賣了不少TLC閃存給下游廠家，至于Intel，它會等到明年3D閃存大批量產時才會弄自己的TLC SSD。

在TLC這條路上，三星絕對是探路先鋒

今后SSD市場的發(fā)展趨勢也是TLC會漸漸侵占MLC的份額，特別是在那些可以MLC/TLC相互切換的3DNAND普及之后，SSD容量會持續(xù)上升，價格則會不斷下降，無論大家現(xiàn)在接受與否，TLC閃存早晚會完全占領低端市場，MLC依然會憑借性能上的優(yōu)勢高端市場的地位無法動搖。

說了這么多可能有人搞清楚TLC到底是什么，今天我們就來簡單的介紹一下。

一塊SSD由主控、DRAM緩存和NAND閃存三種芯片所組成，主控是SSD的大腦，SSD所做的東西全部都是它所控制的；DRAM緩存則是高速緩沖區(qū)，具體作用要看主控的算法而定，有些是用來放LBA表的，有些則是拿來做數(shù)據(jù)緩存的，更有些方案是沒有外置DRAM緩存，只在主控內置了小量緩存，這樣做的目的有些是為了數(shù)據(jù)的安全性（如SandForce），有些則是為了降低成本（大多數(shù)入門級主控）；NAND閃存則是數(shù)據(jù)存儲的地方，你的數(shù)據(jù)全部都存放在里面。

SLC、MLC、TLC到底是什么

NAND閃存的類型有SLC、MLC和TLC這三種，SLC不論性能還是可靠性都是都是最好的，但成本也是最高的；MLC閃存性能、可靠性次之，它的性能、可靠性與成本上是相當均衡的，是目前的絕對主力；TLC則是在2012年之后三星才把它帶入SSD市場的，之前主要是用在U盤以及存儲卡上面，在三星先行了兩年之后今年其他廠商終于跟上了，大量的TLCSSD開始推向市場。

SLC、MLC與TLC的簡單區(qū)別

SLC = Single-Level Cell，即1 bit percell，只存在0和1兩個充電值，結構簡單但是執(zhí)行效率高。SLC閃存的優(yōu)點是傳輸速度更快，功率消耗更低和存儲單元的壽命更長。然而，由于每個存儲單元包含的信息較少，其每百萬字節(jié)需花費較高的成本來生產，由于成本過高你基本上只會在高端的企業(yè)級SSD上見到它，流入到消費級平臺上的基本都是非原封的。

MLC = Multi-Level Cell，即2 bit percell，有00,01,10,11四個充電值，因此需要比SLC更多的訪問時間，不過每個單元可以存放比SLC多一倍的數(shù)據(jù)。MLC閃存可降低生產成本，但與SLC相比其傳輸速度較慢，現(xiàn)在大多數(shù)消費級SSD都是使用MLC做的。

TLC = Trinary-Level Cell，即3 bit percell，每個單元可以存放比MLC多1/2的數(shù)據(jù)，共八個充電值，所需訪問時間更長，因此傳輸速度更慢。TLC優(yōu)勢價格便宜，每百萬字節(jié)生產成本是最低的，但是壽命短，通常用在U盤或者存儲卡這類移動存儲設備上。

TLC閃存的優(yōu)劣勢

TLC閃存的優(yōu)勢是容量更大，成本更低，舉例來說，同樣的晶體管電路做成64Gb的SLC閃存，那么變成MLC、TLC閃存則可以得到128Gb、192Gb的容量，這對廠商來說大大降低了成本。

從結果上來看，各種閃存的物理結構是相同的，但是控制上一個比一個復雜，SLC每個Cell能儲存1個數(shù)據(jù)，有兩種電位變化，MLC每個Cell能儲存2個數(shù)據(jù)，有四種電位變化，TLC每個Cell可以儲存3個數(shù)據(jù)，有8種電位變化，MLC和TLC每個Cell單元中有多個信號，是通過控制不同的電壓來實現(xiàn)的，施加不同的電壓就會有更多的電位變化，NAND閃存單元就可以容納不同的信號組合。

TLC閃存在P/E壽命、讀寫速度上要比MLC、SLC差很多

但是，TLC閃存也不是只有光鮮的一面，它帶來的考驗也更大。容納的電位多了可以提升容量，但也使得整個過程更復雜，需要更精確的電壓控制，Program過程所需時間更多，因此寫入性能也會大幅下降，所以現(xiàn)在的TLCSSD都啟用了SLCCache模式提升寫入速度，否則那個寫入速度是很難讓人接受的；讀取，特別是隨機讀取性能也會受影響，因為需要花更多的時間從八種電信號狀態(tài)中區(qū)分所需數(shù)據(jù)。

最關鍵的是閃存壽命直線下降，MLC的P/E次數(shù)至少還有3000-5000次，而TLC公認的P/E指標是1000次，好點的可能做到1500次，依然比MLC差很多。

3D NAND閃存——TLC未來的出路

說了這么多傳統(tǒng)的2D TLC閃存問題確實非常的多，有些問題是可以解決的，比如寫入性能差就可以通過SLCCache的運用，只要制造一個大容量的緩沖區(qū)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。

但是有些東西是解決不了的，傳統(tǒng)的2D閃存在達到一定密度之后每個電源存儲的電荷量會下降，另外相鄰的存儲單元也會產生電荷干擾，20nm工藝之后，Cell單元之間的干擾現(xiàn)象更加嚴重，如果數(shù)據(jù)長時間不刷新的話就會出現(xiàn)像之前三星840Evo那樣的讀取舊文件會掉速的現(xiàn)象，三星后來推出了新固件改善算法才解決問題，估計新的固件會定時覆寫舊的數(shù)據(jù)，這樣肯定會對閃存的壽命有影響。

而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，這樣也可以達到容量增多的目的。

由于已經(jīng)向垂直方向擴展NAND密度，那就沒有繼續(xù)縮小晶體管的壓力了，所以三星、Intel和美光可以使用相對更舊的工藝來生產3DNAND閃存，使用舊工藝的好處就是P/E擦寫次數(shù)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。

還有就是未來的3D NAND可能都會做成可以MLC與TLC工作模式相互切換那種，現(xiàn)在三星已經(jīng)就這樣做了，850 Pro與850Evo上的閃存本質上都是一樣的，只不過前者是以MLC模式運行后者以TLC模式運行，未來Intel與鎂光的3D NAND也會這樣。

2D的TLC閃存由于各種問題是不會成為主流的，基本上只會有低價入門級的SSD會使用，現(xiàn)在的TLC SSD很多都是試驗性產品，但是等到3DTLC大批量產后，它將會成為未來的主力，現(xiàn)在三星又一次成了探路先鋒，850 Evo就是第一款采用3DTLC的SSD，目前來說還沒有什么大的問題出現(xiàn)，如果穩(wěn)定性沒問題的話它將成為未來的TLC SSD的標桿。

最后說一下我們對TLC SSD的購買意見：

對于TLC SSD，大家最擔心的應該就是它的壽命，其實只要用的是原片TLC的話它的P/E還是有一定保證的，東芝的Q300和OCZ TRION100用的還是更長壽穩(wěn)定的企業(yè)級eTLC，三星的3D NAND壽命也比普通TLC長得多，所以并不需要太過在意SSD的壽命。

至于性能方面，相信大家買TLC SSD都不是為了追求高性能，論性能TLC SSD大多數(shù)比不過用MLC的SSD，然而你拿去和HDD來比的話就不一樣了，TLCSSD的性能再糟糕都比HDD要好得多，拿去替換龜速的HDD做系統(tǒng)盤是絕對沒問題的。

現(xiàn)在的各種TLC SSD單純考慮性價比的話其實還是挺不錯的，論價格的話TLC SSD確實可以做得很低，然而如果TLC SSD的價格和MLCSSD一樣的話它就沒有任何的優(yōu)勢，買它還不如直接去買MLC SSD得了。