Comprendre la différence entre les différentes qualités de puces SSD de NAND Flash SLC, MLC, TLC, QLC

Le nom complet de NAND Flash est Flash Memory, qui appartient à un périphérique de mémoire non volatile (Non-volatile Memory Device).Il est basé sur une conception de transistor à grille flottante et les charges sont verrouillées via la grille flottante.Étant donné que la grille flottante est électriquement isolée, les électrons atteignant la grille sont piégés même après la suppression de la tension.C’est la raison d’être de la non-volatilité du flash.Les données sont stockées dans de tels appareils et ne seront pas perdues même si l'alimentation est coupée.
Selon différentes nanotechnologies, NAND Flash a connu la transition de SLC vers MLC, puis vers TLC, et évolue vers QLC.NAND Flash est largement utilisé dans eMMC/eMCP, disque U, SSD, automobile, Internet des objets et d'autres domaines en raison de sa grande capacité et de sa vitesse d'écriture rapide.

SLC (nom complet anglais (Single-Level Cell – SLC) est un stockage à un seul niveau
La particularité de la technologie SLC est que le film d'oxyde entre la grille flottante et la source est plus fin.Lors de l'écriture des données, la charge stockée peut être éliminée en appliquant une tension à la charge de la grille flottante puis en passant par la source., c'est-à-dire que seuls deux changements de tension de 0 et 1 peuvent stocker 1 unité d'information, c'est-à-dire 1 bit/cellule, qui se caractérise par une vitesse rapide, une longue durée de vie et de fortes performances.L’inconvénient est que la capacité est faible et le coût élevé.

MLC (nom complet anglais Multi-Level Cell – MLC) est un stockage multicouche
Intel (Intel) a développé avec succès MLC pour la première fois en septembre 1997. Sa fonction est de stocker deux unités d'informations dans une porte flottante (la partie où la charge est stockée dans la cellule de mémoire flash), puis d'utiliser la charge de différents potentiels (niveau ), Lecture et écriture précises grâce au contrôle de tension stocké dans la mémoire.
C'est-à-dire 2 bits/cellule, chaque unité cellulaire stocke des informations 2 bits, nécessite un contrôle de tension plus complexe, il y a quatre changements de 00, 01, 10, 11, la vitesse est généralement moyenne, la durée de vie est moyenne, le prix est moyen, environ 3 000 à 10 000 fois la durée de vie d'effacement et d'écriture. MLC fonctionne en utilisant un grand nombre de niveaux de tension, chaque cellule stocke deux bits de données, et la densité des données est relativement grande et peut stocker plus de 4 valeurs à la fois.Par conséquent, l’architecture MLC peut avoir une meilleure densité de stockage.

TLC (nom complet anglais Trinary-Level Cell) est un stockage à trois niveaux
TLC est de 3 bits par cellule.Chaque unité cellulaire stocke des informations sur 3 bits, qui peuvent stocker 1/2 de données de plus que MLC.Il existe 8 types de changements de tension de 000 à 001, soit 3 bits/cellule.Il existe également des fabricants de Flash appelés 8LC.Le temps d'accès requis est plus long, donc la vitesse de transfert est plus lente.
L'avantage de TLC est que le prix est bon marché, le coût de production par mégaoctet est le plus bas et le prix est bon marché, mais la durée de vie est courte, seulement environ 1 000 à 3 000 durées d'effacement et de réécriture, mais le SSD de particules TLC fortement testé peut être utilisé normalement pendant plus de 5 ans.

Unité de stockage à quatre couches QLC (nom complet anglais Quadruple-Level Cell)
QLC peut également être appelé 4bit MLC, une unité de stockage à quatre couches, c'est-à-dire 4 bits/cellule.Il y a 16 changements de tension, mais la capacité peut être augmentée de 33 %, c'est-à-dire que les performances d'écriture et la durée de vie d'effacement seront encore réduites par rapport à TLC.Dans le test de performance spécifique, Magnesium a réalisé des expériences.En termes de vitesse de lecture, les deux interfaces SATA peuvent atteindre 540 Mo/s.QLC a de moins bons résultats en termes de vitesse d'écriture, car son temps de programmation P/E est plus long que MLC et TLC, la vitesse est plus lente et la vitesse d'écriture continue est de 520 Mo/s à 360 Mo/s, les performances aléatoires sont passées de 9 500 IOPS à 5 000. IOPS, soit une perte de près de la moitié.

PS : plus il y a de données stockées dans chaque unité cellulaire, plus la capacité par unité de surface est élevée, mais en même temps, cela entraîne une augmentation des différents états de tension, ce qui est plus difficile à contrôler, donc la stabilité de la puce NAND Flash s'aggrave et la durée de vie devient plus courte, chacun avec ses propres avantages et inconvénients.

(La durée de vie en lecture et en écriture du Flash NAND est uniquement à titre de référence)
Il n’est pas difficile de constater que les performances des quatre types de mémoire flash NAND sont différentes.Le coût par unité de capacité du SLC est supérieur à celui des autres types de particules de mémoire flash NAND, mais sa durée de conservation des données est plus longue et la vitesse de lecture est plus rapide ;QLC a une plus grande capacité et un coût inférieur, mais en raison de sa faible fiabilité et de sa faible longévité, ses lacunes et autres lacunes doivent encore être développées.

Du point de vue du coût de production, de la vitesse de lecture et d’écriture et de la durée de vie, le classement des quatre catégories est le suivant :
SLC> MLC> TLC> QLC ;
Les solutions courantes actuelles sont MLC et TLC.SLC est principalement destiné aux applications militaires et d'entreprise, avec une écriture à grande vitesse, un faible taux d'erreur et une longue durabilité.MLC est principalement destiné aux applications grand public, sa capacité est 2 fois supérieure à celle du SLC, peu coûteux, adapté aux clés USB, aux téléphones mobiles, aux appareils photo numériques et autres cartes mémoire, et est également largement utilisé aujourd'hui dans les SSD grand public. .

La mémoire flash NAND peut être divisée en deux catégories : structure 2D et structure 3D selon différentes structures spatiales.Les transistors à grille flottante sont principalement utilisés pour le FLASH 2D, tandis que le flash 3D utilise principalement des transistors CT et une grille flottante.Est un semi-conducteur, CT est un isolant, les deux sont différents par leur nature et leur principe.La différence est :

Structure 2D Flash NAND
La structure 2D des cellules mémoire n'est disposée que dans le plan XY de la puce, de sorte que la seule façon d'obtenir une densité plus élevée dans la même tranche en utilisant la technologie flash 2D est de réduire le nœud de processus.
L’inconvénient est que les erreurs dans la mémoire flash NAND sont plus fréquentes pour les nœuds plus petits ;de plus, il existe une limite au plus petit nœud de processus pouvant être utilisé et la densité de stockage n'est pas élevée.

Structure 3D Flash NAND
Pour augmenter la densité de stockage, les fabricants ont développé la technologie 3D NAND ou V-NAND (vertical NAND), qui empile les cellules mémoire dans le plan Z sur la même tranche.

Dans le flash NAND 3D, les cellules de mémoire sont connectées sous forme de chaînes verticales plutôt que de chaînes horizontales dans la NAND 2D, et la construction de cette manière permet d'obtenir une densité de bits élevée pour la même zone de puce.Les premiers produits Flash 3D comportaient 24 couches.