以後你買的SSD可能就用它了 QLC快閃記憶體顆粒開始發力

2025-03-20 22:30:26

    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快閃記憶體，讓QLC快閃記憶體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體的朋友都不太了解，所以筆者覺得今天有必要和大家聊一聊它！

QLC快閃記憶體顆粒是什麼？

   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快閃記憶體顆粒，因為2017年整體TLC SSD出貨比重接近75%，而SSD市場所佔比重更大，也就是說現在大家買到的固態硬碟，基本上都是TLC的。而QLC則是有望未來接替他成為主流的產品！

快閃記憶體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單元只儲存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，所以性能較好，壽命也最長（理論可擦寫10W次），成本也最高，最早的優異顆粒，但因為成本問題，目前已經消失在大家的視野裡。

    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，並成為目前快閃記憶體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。

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

QLC快閃記憶體顆粒的劣勢：

    QLC出現的時間很早，但一直未被人關注過，它真正的進入大家的眼睛，應該是從2015年，以往QLC快閃記憶體頂多是在實驗室裡討論，因為這種快閃記憶體還不成熟，而東芝首次在公開場合討論了QLC快閃記憶體，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快閃記憶體顆粒，QLC也急需解決得問題有閒置漏電問題、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只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面臨著狀態不穩定，壽命低的嚴重缺陷，只配使用在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必然也要經歷一番。

    3.消費者的認可：從懷疑到認可TLC快閃記憶體顆粒，消費者花費了多年的時間與印證，這一點上不知道QLC會需要經歷多久，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快閃記憶體顆粒的優勢：

    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普及並取代機械硬碟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快閃記憶體，單顆核心容量就達到了64GB，每顆快閃記憶體封裝多顆核心，三星可以在單顆晶片封裝內，做到1TB容量。那麼QLC的容量就更不可估量了，硬碟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在速度方面，還沒有任何體現，但是快閃記憶體顆粒的特性決定了它不會很慢，至少相比機械硬碟是一定有優勢的，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快閃記憶體顆粒的轉機：    

    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快閃記憶體的發展QLC快閃記憶體顆粒來說是個天賜良機，傳統平面NAND快閃記憶體在提升容量及可靠性上日漸乏力，但3D堆棧技術使得快閃記憶體可靠性及速度都有所改善，這一點上在TLC上已經得到印證。

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

    而壽命方面，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快閃記憶體顆粒壽命想媲美，現在的TLC SSD在質保方面，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技術實現了每快閃記憶體顆粒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，實現單顆晶片封裝達到1.5TB的容量，容量達到目前單顆最大。

QLC快閃記憶體顆粒的展望：

    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，只需要如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、三星幾家晶片廠商其實都早已開始研究QLC快閃記憶體，如今東芝首先讓其從實驗室走出，那麼真正市場只是時間問題，各種消息已經透露出，QLC快閃記憶體在明年下半年就會正式進入商業化。

    從早起的TLC面臨的各種困難來看，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面等各項技術在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。而QLC的巨大誘惑也會讓晶片廠商廢寢忘食的將其完善。

    對於我們最終用戶來說，只要價格便宜，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，西數走在了前面，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碟市場，而TLC沒有做到的事情，QLC SSD是真的有望完成的，那就是讓固態硬碟徹底取代機械硬碟，如果未來QLC真的在容量與價格上都碾壓了機械硬碟的話，不知道希捷會不會後悔。■

    本文編輯：宋陽

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