Shvatite razliku između različitih razreda SSD čipova NAND Flash SLC, MLC, TLC, QLC

Puni naziv NAND Flash je Flash Memory, koja pripada trajnom memorijskom uređaju (Non-volatile Memory Device).Zasnovan je na dizajnu tranzistora s plutajućim vratima, a naboji se zatvaraju kroz floating gate.Pošto je plivajuća kapija električno izolirana, tako da su elektroni koji dođu do kapije zarobljeni čak i nakon uklanjanja napona.Ovo je razlog za nepromjenjivost flash.Podaci se pohranjuju u takvim uređajima i neće biti izgubljeni čak ni ako se napajanje isključi.
Prema različitim nanotehnologijama, NAND Flash je doživio prelazak sa SLC na MLC, a zatim na TLC, te se kreće ka QLC.NAND Flash se široko koristi u eMMC/eMCP, U disku, SSD-u, automobilima, Internetu stvari i drugim poljima zbog svog velikog kapaciteta i velike brzine pisanja.

SLC (puni naziv na engleskom (Single-Level Cell – SLC) je skladište na jednom nivou
Karakteristika SLC tehnologije je da je oksidni film između plutajuće kapije i izvora tanji.Prilikom pisanja podataka, pohranjeni naboj se može eliminisati primjenom napona na naboj plutajuće kapije i zatim prolaskom kroz izvor., odnosno samo dvije promjene napona od 0 i 1 mogu pohraniti 1 informacijsku jedinicu, odnosno 1 bit/ćeliju, koju karakterizira velika brzina, dug vijek trajanja i jake performanse.Nedostatak je mali kapacitet i visoka cijena.

MLC (engleski puni naziv Multi-Level Cell – MLC) je višeslojno skladište
Intel (Intel) je prvi put uspješno razvio MLC u septembru 1997. Njegova funkcija je da pohrani dvije jedinice informacija u plutajuću kapiju (dio u kojem je naboj pohranjen u ćeliji fleš memorije), a zatim koristi naboj različitih potencijala (Nivo ), Precizno čitanje i pisanje putem kontrole napona pohranjene u memoriji.
Odnosno 2bit/ćeliju, svaka ćelijska jedinica pohranjuje 2bit informacije, zahtijeva složeniju kontrolu napona, postoje četiri promjene 00, 01, 10, 11, brzina je općenito prosječna, vijek trajanja prosječan, cijena je prosječna, oko 3000—10000 puta brisanja i pisanja vijeka trajanja.MLC radi koristeći veliki broj napona, svaka ćelija pohranjuje dva bita podataka, a gustina podataka je relativno velika i može pohraniti više od 4 vrijednosti istovremeno.Stoga, MLC arhitektura može imati bolju gustinu skladištenja.

TLC (engleski puni naziv Trinary-Level Cell) je skladište na tri nivoa
TLC je 3 bita po ćeliji.Svaka ćelijska jedinica pohranjuje 3-bitne informacije, koje mogu pohraniti 1/2 više podataka nego MLC.Postoji 8 vrsta promjena napona od 000 do 001, odnosno 3 bita po ćeliji.Postoje i proizvođači Flash-a pod nazivom 8LC.Potrebno vrijeme pristupa duže, pa je brzina prijenosa sporija.
Prednost TLC-a je što je cijena jeftina, proizvodni trošak po megabajtu je najniži, a cijena je jeftina, ali život je kratak, samo oko 1000-3000 brisanja i ponovnog pisanja vijeka, ali teško testirane TLC čestice SSD mogu koristiti normalno duže od 5 godina.

QLC (engleski puni naziv Quadruple-Level Cell) četveroslojna jedinica za skladištenje
QLC se takođe može nazvati 4bit MLC, četvoroslojna jedinica za skladištenje podataka, odnosno 4 bita/ćeliji.Postoji 16 promjena napona, ali kapacitet se može povećati za 33%, odnosno, performanse pisanja i vijek trajanja će biti dodatno smanjeni u odnosu na TLC.U specifičnom testu performansi, magnezij je napravio eksperimente.Što se tiče brzine čitanja, oba SATA interfejsa mogu dostići 540MB/S.QLC ima lošiji učinak u brzini pisanja, jer je njegovo P/E vrijeme programiranja duže od MLC-a i TLC-a, brzina je sporija, a kontinuirana brzina pisanja je od 520MB/s do 360MB/s, nasumične performanse su pale sa 9500 IOPS na 5000 IOPS, gubitak od skoro polovine.

PS: Što je više podataka pohranjeno u svakoj ćelijskoj jedinici, to je veći kapacitet po jedinici površine, ali u isto vrijeme to dovodi do povećanja različitih naponskih stanja, što je teže kontrolisati, pa je stabilnost NAND Flash čipa postaje gori, a vijek trajanja postaje kraći, svaki ima svoje prednosti i nedostatke.

(Vek trajanja NAND Flash čitanja i pisanja je samo za referencu)
Nije teško uočiti da se performanse četiri tipa NAND fleš memorije razlikuju.Cena po jedinici kapaciteta SLC-a je veća nego kod drugih tipova NAND fleš memorijskih čestica, ali je njegovo vreme zadržavanja podataka duže i brzina čitanja je veća;QLC ima veći kapacitet i nižu cijenu, ali zbog niske pouzdanosti i dugovječnosti nedostatke i druge nedostatke još uvijek treba dalje razvijati.

Iz perspektive troškova proizvodnje, brzine čitanja i pisanja i vijeka trajanja, rangiranje četiri kategorije je:
SLC>MLC>TLC>QLC;
Trenutna mainstream rješenja su MLC i TLC.SLC je uglavnom namijenjen vojnim i poslovnim aplikacijama, sa velikom brzinom pisanja, niskom stopom grešaka i dugom izdržljivošću.MLC je uglavnom usmjeren na aplikacije za potrošače, njegov kapacitet je 2 puta veći od SLC-a, jeftin, pogodan za USB fleš diskove, mobilne telefone, digitalne kamere i druge memorijske kartice, a danas se široko koristi i u potrošačkim SSD-ovima .

NAND flash memorija se može podijeliti u dvije kategorije: 2D struktura i 3D struktura prema različitim prostornim strukturama.Tranzistori s plutajućim vratima se uglavnom koriste za 2D FLASH, dok 3D flash uglavnom koristi CT tranzistori i floating gate.Je poluvodič, CT je izolator, to su dva različita po prirodi i principu.razlika je:

2D struktura NAND Flash
2D struktura memorijskih ćelija je samo raspoređena u XY ravni čipa, tako da je jedini način da se postigne veća gustoća u istoj pločici upotrebom 2D flash tehnologije smanjivanje procesnog čvora.
Loša strana je to što su greške u NAND flashu češće za manje čvorove;pored toga, postoji ograničenje na najmanji procesni čvor koji se može koristiti, a gustina skladištenja nije velika.

3D struktura NAND Flash
Da bi povećali gustinu skladištenja, proizvođači su razvili 3D NAND ili V-NAND (vertikalni NAND) tehnologiju, koja slaže memorijske ćelije u Z-ravni na istoj pločici.

U 3D NAND flashu, memorijske ćelije su povezane kao vertikalni nizovi, a ne horizontalni nizovi u 2D NAND, i izgradnja na ovaj način pomaže u postizanju velike gustine bitova za istu površinu čipa.Prvi 3D Flash proizvodi imali su 24 sloja.