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2017年9月19日星期二

QLC閃存顆粒開始發力 以後你買的SSD可能就用它了

最近,因為東芝宣布了世界上首款走出實驗室投入實用的QLC閃存,讓QLC閃存顆粒再次讓世人關注了起來,不過相信很多人還不了解QLC是什麼東西........其實就連筆者身邊的很多做硬件的朋友都不太了解,所以筆者覺得今天有必要和大家聊一聊它!

QLC閃存顆粒是什麼?

在聊QLC之前,我覺得先來聊一聊TLC會有助於大家理解它。

現在購買過SSD的朋友應該都聽說過TLC閃存顆粒,因為2017年整體TLC SSD出貨比重接近75%,而SSD市場所占比重更大,也就是說現在大家買到的固態硬盤,基本上都是TLC的。

QLC則是有望未來接替他成為主流的產品!

閃存顆粒的類型有以下幾種:SLC、MLC 、TLC 、QLC。

參照上圖解釋給大家會更清晰一些

SLC單比特單元(每個Cell單元隻儲存1個數據,有21=2個狀態,就是0和1,也就是僅有兩種不同的電壓狀態),因為穩定,所以性能最好,壽命也最長(理論可擦寫10W次),成本也最高,最早的頂級顆粒,但因為成本問題,目前已經消失在大家的視野裏。

MLC雙比特單元(每個Cell單元儲存2個數據,有22=4個狀態,00/01/10/11,因此有四種不同電壓狀態),也就是僅有兩種不同的電壓狀態)性能、壽命(理論可擦寫1W次)、成本在幾種顆粒中算是均衡的,接替SLC的產品,在TLC之前的絕對主流顆粒,而目前主要用於高端和企業級產品。

TLC三比特單元(每個Cell單元儲存3個數據,有23=8個狀態,不詳列,如上圖,有八種不同電壓狀態),成本低,容量大,但壽命越來越短(理論可擦寫1500次),但隨著技術的成熟,目前壽命問題已經得到解決,並成為目前閃存顆粒中的最主流產品。

QLC四比特單元(每個Cell單元儲存4個數據,有24=16個狀態,不詳列,如上圖,有十六種不同電壓狀態),成本更低,容量更大,但壽命更短(理論可擦寫150次),想成為接替TLC的產品還有急需解決的問題。

注:每Cell單元存儲數據越多,單位麵積容量就越高,但同時導致不同電壓狀態越多,越難控製,所以導致顆粒穩定性越差,壽命低。利弊都有。

QLC閃存顆粒的劣勢

QLC出現的時間很早,但一直未被人關注過,它真正進入大家的眼睛,應該是從2015年。

以往QLC閃存頂多是在實驗室裏討論,因為這種閃存還不成熟,而東芝首次在公開場合討論了QLC閃存,也讓大家真正開始注意到它,對其的擔憂也一直沒有中斷。

1、產品本身問題:

如同早期的TLC閃存顆粒,QLC也急需解決得問題有閑置漏電問題、壽命問題、錯誤率高問題、讀寫幹擾問題,由於這些因素,以及QLC可擦寫性低的原因,它之前一直被定義為隻被用於存儲盤的行列。

2、市場的考驗:

這一點依然要從TLC的過往說起,最早的TLC出現時候,MLC顆粒雖然價格依然昂貴,但因為均衡性強,相較SLC又廉價了太多,所以當時獨領風騷,而TLC麵臨著狀態不穩定,壽命低的嚴重缺陷,隻配使用在U盤這類產品中(而且也基本是山寨無保貨),甚至多年被市場與廠商的摒棄。QLC必然也要經曆一番。

3、消費者的認可:

從懷疑到認可TLC閃存顆粒,消費者花費了多年的時間與印證,這一點上不知道QLC會需要經曆多久,新技術的出現一定會需要時間的考驗才能真正讓人放心。

QLC閃存顆粒的優勢

價格:

TLC當初雖然弱勢,但依然未被放棄,並最終取代了MLC,最主要的原因就在於價格,而QLC的成本則相對於TLC還要低25%甚至更多,這讓一直希望將SSD普及並取代機械硬盤的廠商們不得不對其關注並報以期待。

容量:

從QLC的特性就可以看到,QLC的容量上是碾壓TLC的,如今的TLC在3D技術的幫助下,512Gb核心容量的64層堆棧3D NAND閃存,單顆核心容量就達到了64GB,每顆閃存封裝多顆核心,三星可以在單顆芯片封裝內,做到1TB容量。那麼QLC的容量就更不可估量了,硬盤的容量局限性已經很難解決,但SSD卻仍有很大空間,未來做到100TB以上也是完全可行的。

速度:

雖然目前的QLC在速度方麵,還沒有任何體現,但是閃存顆粒的特性決定了它不會很慢,至少相比機械硬盤是一定有優勢的,而且如今接口類型的發展以及主控越做越好,速度上並不會成為阻礙它的因素。

QLC閃存顆粒的轉機

雖然QLC目前還有各種問題需要解決,但其優勢也非常明顯,尤其對於廠商來說,QLC的大容量低成本對廠商來說是個不可抗拒的誘惑。

而3D閃存的發展QLC閃存顆粒來說是個天賜良機,傳統平麵NAND閃存在提升容量及可靠性上日漸乏力,但3D堆棧技術使得閃存可靠性及速度都有所改善,這一點上在TLC上已經得到印證。

在穩定性方麵,4位數據帶來的挑戰也很大,更精確的電壓控製、更複雜的幹擾等問題都會影響QLC閃存的性能及可靠性,但現在東芝用自己先進的電路設計和3D閃存技術克服了這一技術難關,成功打造了世界上首個QLC 3D閃存。

而壽命方麵,東芝稱其QLC NAND擁有多達1000次左右的P/E編程擦寫循環,已經打破之前預計的100-150次魔咒,可以與TLC閃存顆粒壽命想媲美,現在的TLC SSD在質保方麵,都已經做到5年包換了,那麼QLC的未來又有什麼好擔心。

容量上,東芝的QLC技術實現了每閃存顆粒768Gb的容量,相比之前512Gb TLC顆粒有了更大提升。東芝的QLC顆粒能以16顆粒封裝,實現單顆芯片封裝達到1.5TB的容量,容量達到目前單顆最大。

QLC閃存顆粒的展望

從之前的圖表中就可以看到,四種顆粒都是呈接替狀態出現,MLC接替了SLC,TLC接替了MLC,主要原因都在於成本以及容量,而未來的QLC也將繼承這個狀態,隻需要如TLC當年一樣,解決壽命以及穩定性問題,而從東芝的消息中得知,這些或許都已經不再是難題。

除了東芝外,Intel、美光、三星幾家芯片廠商其實都早已開始研究QLC閃存,如今東芝首先讓其從實驗室走出,那麼真正市場隻是時間問題,各種消息已經透露出,QLC閃存在明年下半年就會正式進入商業化。

從早起的TLC麵臨的各種困難來看,QLC真正商業化也會步履艱難,但它的命運要遠比TLC好的多,因為壽命以及穩定性方麵等各項技術在TLC發展過程中已經趨向成熟,。

事實上,經過廠商不斷的改進,TLC技術已經十分成熟,無論性能還是壽命都可以滿足日常消費甚至企業級應用,目前幾乎絕大多數消費級SSD都在用它。

QLC的巨大誘惑也會讓芯片廠商廢寢忘食地將其完善。

對於我們最終用戶來說,隻要價格便宜,容量大,速度快,壽命有保障,那麼是TLC還是QLC又有什麼關係,相信目前最該發愁的就是希捷、西數了。

在這一點上,西數走在了前麵,目前已經推出了多款SSD,並稱將率先使用QLC,而希捷卻依然固守機械硬盤市場。

而TLC沒有做到的事情,QLC SSD是真的有望完成的,那就是讓固態硬盤徹底取代機械硬盤,如果未來QLC真的在容量與價格上都碾壓了機械硬盤的話,不知道希捷會不會後悔。

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