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AXD TurboMLC技術-使MLC閃存芯片達到幾乎SLC芯片壽命以及效能

日本大胆欧美免费视频AXD安信達是一家專業SSD固態硬盤制造商,客戶涵蓋諸多工業客戶與企業用戶,這類客戶諸多選用搭載SLC產品,但是SLC成本較高,為降低產品成本提高產品使用壽命,為客戶帶來極具性價比的TurboMLC®技術。

在介紹AXD TurboMLC®技術原理前介紹一下NAND閃存的類型,帶你們理解此技術的重要性,目前主要有三種:單層的SLC,速度快、耐用性好,但是成本高、容量小,多用在企業級產品中;多層的MLC,成本低,容量大,但是速度慢、耐用性一般,是消費級固態硬盤的主力;三層的TLC,成本最低廉,但是耐用性最差,常用于入門級低價產品。

   目前市面上的固態硬盤所采用的閃存芯片主要有MLC(Multi-Level Cell)和TLC(Trinary-Level Cell)兩種,AXD安信達主要定位工業嵌入式以軍工領域使用的都是最好的SLC閃存芯片和高PE值高壽命的MLC閃存芯片 ,從而保障AXD SSD固態硬盤 DOM電子盤系列產品的優良性能,為用戶提供長久可靠的使用體驗。

  SLC:
SLC全稱單層式儲存 (Single Level Cell),是指一個Block(塊,Flash的基本存儲單元,也可稱為Cell)只有兩種電荷值,高低不同的電荷值表明0或者1,因為只需要一組高低電壓就可以區分出0或者1信號,所以SLC最大的驅動電壓可以做到很低
              
                                        (圖1)
SLC因為結構簡單( 圖1 ),在寫入數據時電壓變化的區間小,所以壽命較長,傳統的SLC Flash可以經受10萬次的讀寫,因此出現壞Block的幾率較小,因為存儲結構非常簡單,一組電壓即可驅動,所以其速度表現更好,目前所有的超高速卡都采用SLC類型的Flash芯片。不過這種一個Block只存儲一組數據的模式無法在相同的晶圓面積上實現較高的存儲密度,所以只能在工藝制程方面努力進步,才能滿足用戶在容量方面的要求。


MLC:
MLC全稱多層式儲存(Multi Leveled Cell)是那種充分利用Block的技術,它采用較高的電壓驅動,通過不同級別的電壓在一個Block中記錄兩組位信息(00、01、11、10),這樣就可以將原本SLC的記錄密度理論提升一倍(圖2),
         
                                  (圖2)
日本大胆欧美免费视频   這對于曾經工藝制程遇到瓶頸的NAND Flash而言,是非常好的消息。不過MLC除了同制程、同晶圓面積時理論大一倍的記錄空間外,存在一些先天的弊端,比如說電壓區間更小,Flash就需要更多的CRC校驗空間,這會大概占據Block中10%的空間,因此實際使用中同制程同晶圓面積的MLC的容量不到SLC的一倍。因為電壓變化更頻繁,所以MLC技術的Flash在壽命方面遠劣于SLC,官方給出的可擦寫次數僅為1萬次,也就是說一張512MB的USB閃存盤,你寫入512MB的數據1萬次(理想狀態),它就完蛋了,這可能是MLC最要命的一個缺點。MLC技術的Flash還有一個缺點,它的讀寫速度先天不如SLC,一個Block存儲兩組位數據,自然需要更長的時間,這里面還有電壓控制、CRC寫入方式等因素需要考慮。綜合而言,SLC在壽命和性能方面擁有獨特的優勢,不過需要更好的工藝制程才能擁有較大的容量。而MLC雖然在容量方面有先天的優勢,但在速度和壽命方面存在先天的不足。


TLC:
TLC 全稱(Trinary-Level Cell)即3bit/cell,也有Flash廠家叫8LC,速度慢壽命短,價格便宜,約500次擦寫壽命,目前還沒有廠家能做到1000次,TLC目前較多使用在要求不高的USB 存儲卡低端產品, 
   TLC從成本考慮,采用了三層設計,即每1個單元同一時間存儲3位數據。其特點是存儲密度高,相同存儲空間的制造成本更低,但代價是相對較低的寫入速度和較差的耐久力。TLC芯片的P/E(閃存顆粒存儲次數)約為500~1K,有8種存儲狀態,分別是000、001、010、100、011、101、110、111。

總結:

  MLC是低成本解決方案,而SLC高性能高成本的代表者,兩者的性能(尤其是隨機寫入方面)、讀寫壽命都存在很大差異,

(圖3)來解釋為什么三種不同類型的FLASH成本相差如此大,簡單的說明就是做一顆16GB SLC=一顆32GB MLC=一顆48GB TLC。

AXD TurboMLC®技術原理:
AXD安信達開發專門的技術突破硬件限制,開發出獨立FW固件用軔體模擬SLC的寫入方式,大幅提升效能,十分適合需要大容量的儲存解決方案,每個儲存單位上僅有0和1的儲存狀態,提高電壓的容許差,就如同SLC的韌體設計一樣,因此,能達到SLC的穩定度與耐受度。

  


硬件設計:

 在Controlle和FLASH基礎上加入TurboMLC技術使其突破硬件限制并且能夠支持模擬,

 

 

軟件固件設計:
在硬件技術支持下,編譯固件算法把MLC閃存的2bpc(每單元兩個比特位)重新編程為1bpc,以增加每一層之間的敏感度,讓閃存的工作方式更像是SLC(見下圖)
TurboMLC和MLC韌體設計的差別
  

   
TurboMLC技術特點:
      擦寫壽命:平均可以經受30000次編程/擦寫循環(P/E),對比MLC 3000次左右的壽命提高了一個數量級,并且已經達到新一代SLC的一半左右
      性能提升:在性能上,采用TurboMLC技術的固態硬盤的寫入速度大概有SLC NAND的70%,相比MLC NAND要快很多。
  實際應用中表現:
      容量:TurboMLC原理是把2bit重新編寫為1bie,被編寫的MLC容量會降低一半,比如8GB采用TurboMLC后容量會降低一半變成4GB。
        
      性能:下圖為采用TurboMLC技術的固態硬盤(示意圖2)和沒有采用的固態硬盤(示意圖1)性能表。
日本大胆欧美免费视频                (示意圖1-2為AXD-SAQ 固態硬采用相同2顆4GB MLC芯片)

    
             (示意圖1)                           (示意圖2)
            對比相同容量的SLC芯片(示意圖3)
               
                      (示意圖3)

            

壽命:相對于性能TurboMLC技術提高的更多的是MLC擦寫壽命。以下示意圖說明TurboMLC技術對MLC的擦寫次數提升。


 
原本壽命只有3000 P/E的MLC NAND在采用TurboMLC技術后,壽命將變為30000 P/E,雖然相比老制成SLC NAND的100000 P/E和新制成的60000P/E的SLC NAND而言還有一段差距,但相比MLC NAND已經是一次幾何級的飛躍。如果在一塊采用TurboMLC技術的32GB固態硬盤上做寫入操作,按照每天寫入320GB來計算,也能連續寫入7.6年,而換成MLC則只能堅持不到1年。

日本大胆欧美免费视频                               MLC vs SLCmode vs SLC comparison(錯誤碼率對比)

 

AXD安信達--作為專業工業嵌入式固態存儲解決方案制造商,提供DOM盤,SATA電子硬盤,IDE DOM電子盤,工業級SSD,寬溫軍工級硬盤,單芯片級集成SSD,嵌入式存儲卡等固態存儲產品研發生產制造以及相關服務。
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