הבן את ההבדל בין דרגות שונות של שבבי SSD של NAND Flash SLC, MLC, TLC, QLC

השם המלא של NAND Flash הוא Flash Memory, השייך להתקן זיכרון לא נדיף (Non-volatile Memory Device).הוא מבוסס על עיצוב טרנזיסטור של שער צף, ומטענים ננעלים דרך השער הצף.מכיוון שהשער הצף מבודד חשמלית, אז אלקטרונים המגיעים לשער נלכדים גם לאחר הסרת המתח.זהו הרציונל לאי-תנודתיות הבזק.הנתונים מאוחסנים במכשירים כאלה ולא יאבדו גם אם הכוח יכבה.
על פי ננוטכנולוגיה שונה, NAND Flash חווה את המעבר מ-SLC ל-MLC, ולאחר מכן ל-TLC, ומתקדם לעבר QLC.NAND Flash נמצא בשימוש נרחב ב-eMMC/eMCP, דיסק U, SSD, רכב, אינטרנט של הדברים ותחומים אחרים בשל הקיבולת הגדולה ומהירות הכתיבה המהירה שלו.

SLC (שם מלא באנגלית (Single-Level Cell - SLC) הוא אחסון ברמה אחת
המאפיין של טכנולוגיית SLC הוא שסרט התחמוצת בין השער הצף למקור הוא דק יותר.בעת כתיבת נתונים, ניתן לבטל את המטען המאוחסן על ידי הפעלת מתח על המטען של השער הצף ולאחר מכן מעבר דרך המקור.כלומר, רק שני שינויי מתח של 0 ו-1 יכולים לאחסן יחידת מידע 1, כלומר 1 bit/תא, המתאפיין במהירות מהירה, חיים ארוכים וביצועים חזקים.החיסרון הוא שהקיבולת נמוכה והעלות גבוהה.

MLC (שם מלא באנגלית Multi-Level Cell - MLC) הוא אחסון רב-שכבתי
אינטל (אינטל) פיתחה לראשונה את MLC בהצלחה בספטמבר 1997. תפקידו הוא לאחסן שתי יחידות מידע בשער צף (החלק שבו המטען מאוחסן בתא זיכרון ההבזק), ולאחר מכן להשתמש במטען של פוטנציאלים שונים (רמה ), קריאה וכתיבה מדויקת דרך בקרת המתח המאוחסנת בזיכרון.
כלומר, 2bit/cell, כל יחידת תא מאחסנת מידע של 2bit, דורשת בקרת מתח מורכבת יותר, ישנם ארבעה שינויים של 00, 01, 10, 11, המהירות בדרך כלל ממוצעת, החיים ממוצעים, המחיר ממוצע, בערך 3000-10000 פעמים של מחיקה וכתיבת חיים. MLC פועלת על ידי שימוש במספר רב של דרגות מתח, כל תא מאחסן שתי סיביות של נתונים, וצפיפות הנתונים גדולה יחסית, ויכולה לאחסן יותר מ-4 ערכים בכל פעם.לכן, לארכיטקטורת MLC יכולה להיות צפיפות אחסון טובה יותר.

TLC (באנגלית בשם מלא Trinary-Level Cell) הוא אחסון תלת-שכבתי
TLC הוא 3bit לתא.כל יחידת תא מאחסנת מידע של 3bit, שיכול לאחסן 1/2 יותר נתונים מאשר MLC.ישנם 8 סוגים של שינויי מתח מ-000 ל-001, כלומר 3bit/cell.יש גם יצרני פלאש בשם 8LC.זמן הגישה הנדרש ארוך יותר, כך שמהירות ההעברה איטית יותר.
היתרון של TLC הוא שהמחיר זול, עלות הייצור למגה-בייט הנמוכה ביותר, והמחיר זול, אבל החיים קצרים, רק כ-1000-3000 חיי מחיקה ושכתוב, אבל חלקיקי TLC SSD שנבדקו בכבדות יכולים לשמש כרגיל במשך יותר מ-5 שנים.

יחידת אחסון בעלת ארבע שכבות QLC (שם מלא באנגלית Quadruple-Level Cell).
QLC יכול להיקרא גם 4bit MLC, יחידת אחסון בת ארבע שכבות, כלומר, 4bit/cell.ישנם 16 שינויים במתח, אך ניתן להגדיל את הקיבולת ב-33%, כלומר, ביצועי הכתיבה וחיי המחיקה יופחתו עוד יותר בהשוואה ל-TLC.במבחן הביצועים הספציפי, מגנזיום עשה ניסויים.מבחינת מהירות הקריאה, שני ממשקי ה-SATA יכולים להגיע ל-540MB/S.QLC מתפקד גרוע יותר במהירות כתיבה, מכיוון שזמן תכנות ה-P/E שלו ארוך יותר מ-MLC ו-TLC, המהירות איטית יותר ומהירות הכתיבה הרציפה היא מ-520MB/s ל-360MB/s, הביצועים האקראיים ירדו מ-9500 IOPS ל-5000 IOPS, הפסד של כמעט מחצית.

נ.ב.: ככל שיותר נתונים מאוחסנים בכל יחידת תא, כך הקיבולת ליחידת שטח גבוהה יותר, אך יחד עם זאת, זה מוביל לעלייה במצבי מתח שונים, שקשה יותר לשלוט בהם, ולכן היציבות של שבב ה-NAND Flash. מחמיר, וחיי השירות הופכים קצרים יותר, לכל אחד יתרונות וחסרונות משלו.

(חיי הקריאה והכתיבה של NAND Flash מיועדים לעיון בלבד)
לא קשה לראות שהביצועים של ארבעת סוגי זיכרון הפלאש NAND שונים.העלות ליחידת קיבולת של SLC גבוהה מזו של סוגים אחרים של חלקיקי זיכרון פלאש NAND, אך זמן שמירת הנתונים שלו ארוך יותר ומהירות הקריאה מהירה יותר;ל-QLC קיבולת גדולה יותר ועלות נמוכה יותר, אך בשל האמינות הנמוכה ואריכות החיים שלה עדיין יש לפתח עוד חסרונות וחסרונות אחרים.

מנקודת המבט של עלות ייצור, מהירות קריאה וכתיבה וחיי שירות, הדירוג של ארבע הקטגוריות הוא:
SLC>MLC>TLC>QLC;
הפתרונות המיינסטרים הנוכחיים הם MLC ו-TLC.SLC מכוון בעיקר ליישומים צבאיים וארגוניים, עם כתיבה במהירות גבוהה, שיעור שגיאות נמוך ועמידות ארוכה.MLC מכוון בעיקר ליישומים ברמת צרכן, הקיבולת שלו גבוהה פי 2 מ-SLC, בעלות נמוכה, מתאימה לכונני הבזק מסוג USB, טלפונים ניידים, מצלמות דיגיטליות וכרטיסי זיכרון אחרים, וכן נמצא כיום בשימוש נרחב ב-SSD בדרגת צרכן. .

ניתן לחלק את זיכרון הפלאש NAND לשתי קטגוריות: מבנה דו-ממדי ומבנה תלת-ממדי לפי מבנים מרחביים שונים.טרנזיסטורי שער צף משמשים בעיקר ל- 2D FLASH, בעוד שהפלאש 3D משתמש בעיקר בטרנזיסטורי CT ושער צף.הוא מוליך למחצה, CT הוא מבודד, השניים שונים באופיים ובעיקרון.ההבדל הוא:

מבנה דו מימדי NAND Flash
המבנה הדו-ממדי של תאי הזיכרון מסודר רק במישור ה-XY של השבב, כך שהדרך היחידה להשיג צפיפות גבוהה יותר באותו פרוס באמצעות טכנולוגיית הבזק דו-ממדית היא לכווץ את צומת התהליך.
החיסרון הוא ששגיאות ב-NAND flash שכיחות יותר עבור צמתים קטנים יותר;בנוסף, יש מגבלה לצומת התהליך הקטן ביותר שניתן להשתמש בו, וצפיפות האחסון אינה גבוהה.

מבנה תלת מימד NAND Flash
כדי להגביר את צפיפות האחסון, היצרנים פיתחו טכנולוגיית 3D NAND או V-NAND (אנכי NAND), אשר עורמת תאי זיכרון במישור Z על אותו רקיק.

בהבזק 3D NAND, תאי הזיכרון מחוברים כמחרוזות אנכיות ולא כמחרוזות אופקיות ב- 2D NAND, ובנייה בדרך זו עוזרת להשיג צפיפות סיביות גבוהה עבור אותו אזור שבב.למוצרי ה-3D Flash הראשונים היו 24 שכבות.