看了這麼多固態硬盤科普，終於真正搞明白TLC閃存和SLC緩存

除了極個別MLC和QLC型號，現在我們能夠買到的固態硬盤基本都使用了TLC閃存，今天為大家介紹一些不為眾人所知的TLC祕聞。

為什麼TLC寫入速度比較慢？

閃存用存儲電子來記錄和表達數據，存儲電子的部件叫Floating Gate浮動柵極。通過在Control Gate控制柵極施加一個參考電壓，並判斷源極與漏極是否導通，就能判斷浮動柵極中是否存儲有電子，從而實現閃存中數據的讀取。

東芝在1984年發明了NAND閃存，最早的NAND閃存屬於SLC類型，即每個存儲單元可以記錄1比特數據。對於SLC閃存來說，閃存FT浮動柵極中有電子代表0，沒有電子代表1。

閃存寫入過程其實就是將一部分的1轉換成0，即給FT浮動柵極"充入電子"。擦除過程就是將柵極的電子全部"放掉"，使它們變回1。

給柵極"充電"的過程需要分步進行，逐漸增加"閾值電壓"，每進行一步就與預先定好的不同數據定義的分界線——"參考電壓"進行一次對比。SLC的一個存儲單元只需表達一個比特的數據，只要區分0和1就好，所以只需要用到一個參考電壓。

而MLC閃存要表達2比特數據就需要區分11、01、00和10四種狀態，用到四種參考電壓。MLC閃存的寫入過程因此變得比SLC慢許多。

到了TLC時代，每個存儲單元需要記錄3比特數據，二進制信息增加到8種，需要用到7種參考電壓來隔離這8種狀態。TLC的寫入過程也就需要更多次的比對和確認，寫入速度隨之降的更低了。

為什麼只有SLC緩存而沒有MLC緩存？

pSLC Mode是將部分TLC閃存單元當作SLC使用，從而大幅提升短時突發寫入速度的技術。同樣的，將TLC臨時當作MLC來操作就是pMLC mode。不過pMLC Mode很少被人提起，這是因為它看起來不如pSLC那樣划算，下圖是某閃存在不同模式下的數據指標：

雖然把TLC模擬成更高級的閃存使用能夠縮短讀取和寫入所需時間，但每個閃存單元能容納的數據也變少了，綜合之後pMLC甚至有可能不如TLC讀寫速度快。不過pMLC的出錯率較低，可以適應那些糾錯能力比較低的閃存控制器，應用在部分工業用途當中。

3D堆疊有沒有解決TLC的難題？

過去平面閃存使用FT浮動柵極層作為電子的容器，當代3D閃存主要使用CT電荷捕獲層存儲電子。下圖是平面閃存與東芝BiCS三維閃存的結構對比：

由於BiCS結構增大了存儲單元間隔，就可以增大單次編程序列的數據量來提升寫入速度。同時，由於讀寫干擾降低，閃存數據出錯率下降，BiCS也帶來更高的寫入/擦除循環次數，也就是我們平時說的"寫入壽命"。

TLC寫入速度的增長還可通過結構改進升級

TLC寫入速度方面的短板主要依靠提升併發度來實現。目前一個閃存die通常具備兩個Plane平面：

東芝計劃在下一代BiCS5 96層堆疊3D閃存中將平面數量提高到4個，從而令閃存寫入速度翻倍。

科技一直在進步，TLC雖然不美好，但似乎也沒那麼糟糕。