小知識講解：TLC快閃記憶體顆粒為什麼不好？

2025-04-09 03:49:24

    泡泡網顯卡頻道11月30日 TLC是一種快閃記憶體顆粒的存儲單元，它的英文是TLC = Trinary-Level Cell，即3bit/cell。在TLC發明之前，固態硬碟大部分採用SLC和MLC，即Single-Level Cell單層單元和Multi-Level Cell多層單元。早在去年三星840evo固態硬碟就採用了TLC晶片，後來被發現存在老數據讀取速度下降的問題，三星堅稱，問題源於快閃記憶體管理算法失誤，並不是TLC快閃記憶體顆粒的毛病。

　　目前來說，大部分的固態硬碟採用MLC顆粒，極少高端的產品採用SLC顆粒，因為價格的問題部分入門級固態硬碟採用了TLC顆粒。從成本採購上來看，TLC的價格相對於MLC來說要便宜不少，更別提是SLC。

　　為什麼TLC不好呢?

　　在小編之前的測試中，尤其是固態硬碟的讀寫速度上，採用TLC晶片的三星840evo和採用MLC的金士頓在讀取速度方面幾乎都超過了180MB/s，從簡單的速度測試上兩者的性能並沒有差。但其實工作原理決定著TLC有致命的硬傷。

　　壽命。

　　存取原理上SLC架構是0和1兩個充電值，即每Cell只能存取1bit數據，有點兒類似於開關電路，雖然簡單卻非常穩定。MLC架構可以一次儲存4個充電值(00, 01, 10, 11)，因此擁有比較好的存儲密度，TLC能一次性存儲8個充點值(000, 001, 010, 011, 100, 101, 110, and 111)，因此密度更高，當然成本更低。

　　壽命問題就是因為它的工作原理上：

　　當你要寫入數據，需要在控制柵極施加電壓，而源極和漏極的電壓都為0V。電壓形成一個電場，這樣電子就可以通過二氧化矽這層絕緣體從N通道進入到浮點柵極。這個過程通常也被成為「隧穿」。想要刪除存儲單元，需要在P型半導體施加電壓並且保持控制柵極的電壓為0。電場形成後電子就可以通過二氧化矽層。這就是NAND快閃記憶體在重新寫入新數據之前必須要刪除原來數據的原因:你必須要先把原來的電子釋放掉，然後才能重新進入電子。問題是二氧化矽絕緣層的厚度只有10納米的厚度，它並不是永不磨損的金剛之軀。在每一次的「隧穿」之後，它都會有磨損。當二氧化矽最終破損後，原子鍵破裂。

　　SLC能夠容忍更多的電壓狀態的變化，因為它本身只有兩種電壓狀態。但是在TLC快閃記憶體中，存儲單元中有八種電壓狀態，這樣硬碟的容錯能力就十分有限了。這正是問題所在，SLC快閃記憶體擁有更大的電壓空間，因此它能夠容忍跟高的電壓峰值變化，直到整個Block因為擦除數據過慢而停止工作。這就是SLC快閃記憶體擁有更高擦寫次數的原因。用戶可以刪除或者寫入數據的次數要更長。而TLC的電壓容忍率最低，因此TLC快閃記憶體的擦寫次數自然最低。所以目前大多數的TLC的寫入次數只有1000次左右。耐用性(壽命)正是TLC的致命軟肋。

　　當然壽命可以通過控制晶片校驗和智能磨損平衡技術算法，使得每個存儲單元的寫入次數可以平均分攤，但對於TLC而言這還不足夠好。依舊再用840evo舉例，國外有達人做個一個耐用性測試，編程/擦寫循環(P/E)次數大概是1064次，也就是說250GB的終生數據寫入量也就在270TB左右。

　　三星840系列使用的是自家的21nm製程ToggleDDR2.0TLC快閃記憶體顆粒

　　128GB iPhone 6 就算你用三年，你能寫入數據達到130TB嗎?這或許就是膽大的蘋果敢使用TLC的主要原因。不過據說，蘋果最近也在考慮更換TLC快閃記憶體的事情，當然一切還沒有最終的消息。■