什么是 NAND 单元层级？

摘要

NAND 是大多数固态硬盘所使用的存储介质，以单元的形式存储数据。每个单元都带有表示数据的电荷。在解释每个单元层时，我们将把单元比作电池。有关 Solidigm SSD 的更多信息，请阅读我们的白皮书。

SLC

SLC 即 Single Level Cell（单层单元），是 NAND 单元的基本应用形式。它的速度最快，但每 GB 成本最高。

• SLC 每个单元可以存储 1 比特数据：
  • 0 或 1
• 这需要两种状态来衡量：
  • 一种状态为空，
  • 另一种状态为非空。
• 给电池充电（或写入单元）非常简单。
  • 只要电荷量大于空状态，比特就会从 1 变为 0。
• 检查电荷量（或读取单元）也很简单，只需进行一次检查：
  • 检查单元是否为空，
  • 如果为 true，则比特为 1
  • 如果为 false，则比特为 0

MLC

MLC 即 Multi-Level Cell（多层单元），这个命名并不严谨。它的每 GB 成本低于 SLC，因为在不增加 NAND 物理成本的前提下，多存 1 比特就使容量翻倍。
实际成本体现在性能上，因为需要更高的精度和更多的检查。其性能低于 SLC。

• MLC 每个单元可以存储 2 比特数据：
  • 00、01、
  • 10、11
• MLC 需要四种状态来衡量：
  • 空 + 三种电荷状态。
• 读写比 SLC 更复杂：
  • 充电（写入）必须达到精确的电荷量，否则会保存错误的比特序列。
  • 检查（读取）需要多次尝试。

TLC

TLC 即 Triple Level Cell（三层单元）。TLC 成本低于 MLC，因为每单元多存 1 比特，容量提升约 33%。
同样，成本体现在性能上，因为需要更高的精度和更多的检查。

• TLC 每个单元可存储 3 比特数据：
  • 000、001、010、011、
  • 100、101、110、111
• TLC 需要八种状态来衡量：
  • 空 + 七种电荷状态。
• 电荷状态更小、更密集。
• 读写难度高于 MLC：
  • 写入要求更高精度。
  • 读取需要更多次的检查以获取正确的范围（数据）。

（看出规律了吗？）

QLC

QLC 即 Quad Level Cell（四层单元）。QLC 成本低于 TLC，每单元多存 1 比特，容量提升约 25%。
由于需要更高的精度和更多的检查，性能成本更高。

• QLC 每个单元可存储 4 比特数据：
  • 0000、0001、0010、0011、0100、0101、0110、0111
  • 1000、1001、1010、1011、1100、1101、1110、1111
• QCL 需要十六种状态来衡量：
  • 空 + 十五种电荷状态。
• 状态以及状态之间的间隔进一步缩小。
  • 读写难度高于 TLC。
  • 写入需要更高的精度，读取需要更多的检查。

PLC

PLC 即 Penta Level Cell（五层单元）。PLC 成本低于 QLC，每单元多存 1 比特，容量提升约 20%。
由于需要更高的精度和更多的检查，性能成本更高。
虽然 PLC 已被证明是可行的，但截至本文发布时，尚无产品使用该技术。

• PLC 每个单元可存储 5 比特数据：
  • 00000、00001、00010、00011、00100、00101、00110、00111、01000、01001、01010、01011、01100、01101、01110、01111
  • 10000、10001、10010、10011、10100、10101、10110、10111、11000、11001、11010、11011、11100、11101、11110、11111
• QCL 需要十六种状态来衡量：
  • 空 + 三十一种电荷状态。
  • 状态以及状态之间的间隔大幅缩小，以至于我们的图像无法显示每个状态中的比特序列。
• 读写难度高于 QLC。
  • 写入需要最高的精度，读取需要最多的检查。

结论

好处

• 随着每个单元中比特数的增加，容量增加，而 NAND 成本保持不变。
  • 公司使用相同数量的物理 NAND，但您可以获得更高的容量。
• 单元层级越多，每 GB 成本越低。

缺点

• 每个单元存储的比特数越多，性能与寿命越低。
  • SSD 的设计与固件会用来弥补部分性能损失。
• 如果您追求性能，每单元比特数越少越好。
  • 如果您追求最低成本，每单元比特数越多越好。

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