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TLC 闪存颗粒为什么不好?

有网友提到了 TLC 这件事。“TLC 真的不好吗?” 我相信这位网友所问的问题和最近苹果 iPhone 有关。

苹果在目前的 64GB/128GB iPhone 6/6 Plus 机型中使用了 SK Hynix,Toshiba 和 SanDisk 的 TLC 闪存芯片,而这被认定为 iPhone 6 频繁闪退,重启死机的主因(官方还未承认)。

那么什么是 TLC 呢?

TLC 是一种闪存颗粒的存储单元,它的英文是 TLC = Trinary-Level Cell,即 3bit/cell。

在 TLC 发明之前,固态硬盘大部分采用 SLC 和 MLC,即 Single-Level Cell 单层单元和 Multi-Level Cell 多层单元。

早在去年三星 840evo 固态硬盘就采用了 TLC 芯片,后来被发现存在老数据读取速度下降的问题,三星坚称,问题源于闪存管理算法失误,并不是 TLC 闪存颗粒的毛病。

目前来说,大部分的固态硬盘采用 MLC 颗粒,极少高端的产品采用 SLC 颗粒,因为价格的问题部分入门级固态硬盘采用了 TLC 颗粒。

从成本采购上来看,TLC 的价格相对于 MLC 来说要便宜不少,更别提是 SLC。

为什么 TLC 不好呢?

在小编之前的测试中,尤其是固态硬盘的读写速度上,采用 TLC 芯片的三星 840evo 和采用 MLC 的金士顿在读取速度方面几乎都超过了 180MB/s,从简单的速度测试上两者的性能并没有差。

但其实工作原理决定着 TLC 有致命的硬伤。

寿命。

存取原理上 SLC 架构是 0 和 1 两个充电值,即每 Cell 只能存取 1bit 数据,有点儿类似于开关电路,虽然简单却非常稳定。

MLC 架构可以一次储存 4 个充电值 (00, 01, 10, 11),因此拥有比较好的存储密度,TLC 能一次性存储 8 个充点值 (000, 001, 010, 011, 100, 101, 110, and 111),因此密度更高,当然成本更低。

寿命问题就是因为它的工作原理上:

当你要写入数据,需要在控制栅极施加电压,而源极和漏极的电压都为 0V。电压形成一个电场,这样电子就可以通过二氧化硅这层绝缘体从 N 通道进入到浮点栅极。

这个过程通常也被成为“隧穿”。想要删除存储单元,需要在 P 型半导体施加电压并且保持控制栅极的电压为 0。电场形成后电子就可以通过二氧化硅层。

这就是 NAND 闪存在重新写入新数据之前必须要删除原来数据的原因: 你必须要先把原来的电子释放掉,然后才能重新进入电子。问题是二氧化硅绝缘层的厚度只有 10 纳米的厚度,它并不是永不磨损的金刚之躯。在每一次的“隧穿”之后,它都会有磨损。当二氧化硅最终破损后,原子键破裂。

SLC 能够容忍更多的电压状态的变化,因为它本身只有两种电压状态。但是在 TLC 闪存中,存储单元中有八种电压状态,这样硬盘的容错能力就十分有限了。

这正是问题所在,SLC 闪存拥有更大的电压空间,因此它能够容忍跟高的电压峰值变化,直到整个 Block 因为擦除数据过慢而停止工作。这就是 SLC 闪存拥有更高擦写次数的原因。用户可以删除或者写入数据的次数要更长。

而 TLC 的电压容忍率最低,因此 TLC 闪存的擦写次数自然最低。所以目前大多数的 TLC 的写入次数只有 1000 次左右。耐用性(寿命)正是 TLC 的致命软肋。

当然寿命可以通过控制芯片校验和智能磨损平衡技术算法,使得每个存储单元的写入次数可以平均分摊,但对于 TLC 而言这还不足够好。

依旧再用 840evo 举例,国外有达人做个一个耐用性测试,编程/擦写循环 (P/E) 次数大概是 1064 次,也就是说 250GB 的终生数据写入量也就在 270TB 左右

三星 840 系列使用的是自家的 21nm 制程 ToggleDDR2.0TLC 闪存颗粒

128GB iPhone 6 就算你用三年,你能写入数据达到 130TB 吗?这或许就是胆大的苹果敢使用 TLC 的主要原因。

不过据说,苹果最近也在考虑更换 TLC 闪存的事情,当然一切还没有最终的消息。

(via 网易数码

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评论 6

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  1. #4
    Unknown Unknown Unknown Unknown

    是的

    山外的鸭子哥2年前 (2015-01-08)回复
  2. #3
    Unknown Unknown Unknown Unknown

    话说最近一直想弄块 SSD 的 衡量一圈 发现最靠谱的也就浦科特了

    徐野2年前 (2015-01-04)回复
  3. #2
    Unknown Unknown Unknown Unknown

    都是成本造成的

    bichxi2年前 (2014-12-01)回复
  4. #1
    Unknown Unknown Unknown Unknown

    木头科学二百五2年前 (2014-11-30)回复