SLC, MLC, TLC en QLC: levensduur, snelheid en kosten vergeleken

De namen geven aan hoeveel bits één cel van NAND-flash opslaat: één bit bij SLC, twee bij MLC, drie bij TLC en vier bij QLC. Hoe meer bits per cel, hoe groter de capaciteit op hetzelfde siliciumoppervlak en hoe lager de kosten per bit. De cel moet echter fijnere spanningsniveaus onderscheiden, die dichter bij elkaar liggen. Daardoor worden schrijfduurzaamheid, snelheid en betrouwbaarheid slechter van SLC naar QLC.

KenmerkSLCMLCTLCQLC
Bits per cel1234
Aantal drempelspanningstoestanden24816
Schrijfduurzaamheid (aantal program/erase-cycli)Ongeveer 50.000 tot 100.000Enkele duizenden tot 10.000Enkele duizendenOngeveer 1.000
SchrijfsnelheidHet snelstSnelRedelijk langzaamHet langzaamst
LeeslatencyHet laagstLaagRedelijk hoogHet hoogst
Foutpercentage en ECCHet laagst. Lichte foutcorrectie volstaatLaagHoger. Sterke ECC is nodigHet hoogst. De sterkste ECC en read retry zijn nodig
Kosten per bitHet hoogstHoogLaagHet laagst
Capaciteit bij hetzelfde oppervlakHet kleinst2 keer SLC3 keer SLC4 keer SLC
Belangrijkste toepassingenOpslag voor industrie en lucht- en ruimtevaart, schrijfcaches voor bedrijfstoepassingenEerdere SSD's voor bedrijven en hoogwaardige consumenten-SSD'sGangbare consumenten-SSD's, smartphones, geheugenkaartenGoedkope schijven met grote capaciteit, opslag die vooral wordt gelezen

De getalswaarden zijn typische ordegroottes en variëren per procesgeneratie en product.

Wanneer welke variant?

SLC
Wanneer levensduur en betrouwbaarheid belangrijker zijn dan de prijs. Industriële apparatuur, logging en als snel cachegebied in andere SSD's.
TLC
Tegenwoordig de standaard. Een goede balans tussen kosten, snelheid en levensduur en veel gebruikt in pc's en smartphones.
QLC
Wanneer capaciteit per euro telt en er vooral wordt gelezen. Grote opslag, gamebibliotheken, archieven.
Combinatie
Veel TLC- en QLC-SSD's gebruiken een deel van de vrije ruimte als snelle cache in SLC-modus om schrijfpieken op te vangen. Als deze cache vol is, daalt de schrijfsnelheid.

Veelgestelde vragen

Wat is beter, TLC of QLC?

TLC is de gangbare keuze, want het is snel en heeft een langere schrijfduurzaamheid. QLC is goedkoper per GB en geschikt voor opslag die vooral wordt gelezen, maar slijt sneller.

Waarom daalt de levensduur als het aantal bits per cel toeneemt?

Hoe meer bits, hoe meer drempelspanningsniveaus er zijn en hoe dichter ze bij elkaar liggen, dus als slijtage de niveaus verbreedt, ontstaan leesfouten eerder.

Wat is een SLC-cache?

Veel TLC- en QLC-SSD's gebruiken een deel van de vrije ruimte in snelle SLC-modus om schrijfpieken op te vangen. Als deze cache vol is, daalt de schrijfsnelheid.

Hoeveel spanningsniveaus moet QLC onderscheiden?

16. SLC onderscheidt er 2, MLC 4 en TLC 8.

Test uw begrip

Hoeveel bits slaat een flashgeheugen van het type SLC (Single-Level Cell) op in één cel?

  1. A2 bits
  2. B4 bits
  3. C1 bit
Antwoord en toelichting tonen

Antwoord: C. 1 bit

SLC slaat 1 bit (2 toestanden) per cel op. Omdat toestanden gemakkelijk te onderscheiden zijn, is het schrijven snel, is het aantal herschrijvingen met ca. 100.000 groot en is het ook sterk in gegevensbehoud en bij hoge temperatuur, maar bij hetzelfde aantal cellen is de capaciteit het kleinst. Daarom wordt het gebruikt voor toepassingen die hoge betrouwbaarheid vereisen, zoals industriële apparatuur en voertuigen. MLC is 2 bits, TLC 3 bits en QLC 4 bits.

Welke volgorde van SLC, MLC en TLC op aantal herschrijfbare keren (van veel naar weinig) is juist?

  1. ATLC > MLC > SLC
  2. BSLC > MLC > TLC
  3. CMLC > SLC > TLC
Antwoord en toelichting tonen

Antwoord: B. SLC > MLC > TLC

Hoe minder bits per cel, hoe groter de afstand tussen de toestanden van de drempelspanning, en zelfs als de oxidelaag degradeert en de verdeling zich verbreedt kan nog correct worden gelezen, zodat het aantal herschrijvingen groter is. In het algemeen geldt SLC > MLC > TLC > QLC, met als richtwaarden ca. 100.000 voor SLC, enkele duizenden tot 10.000 voor MLC, enkele duizenden voor TLC en ca. 1000 voor QLC. Voor industriële toepassingen die hoge duurzaamheid vereisen en voor cachegebieden van SSD’s wordt SLC-modus gebruikt.

Hoeveel toestanden van de drempelspanning moet één cel van QLC-NAND-flashgeheugen (4 bits per cel) onderscheiden?

  1. A4
  2. B8
  3. C16
Antwoord en toelichting tonen

Antwoord: C. 16

Om N bits in één cel op te slaan, moeten 2ᴺ toestanden van de drempelspanning worden onderscheiden, bij QLC dus 2⁴ = 16 toestanden. Omdat het bruikbare bereik van de drempelspanning (enkele volt) vrijwel gelijk is, wordt de afstand tussen toestanden een factor van ruim tien kleiner dan bij SLC en is fijnere regeling bij het schrijven nodig. Daarom is QLC trager bij schrijven en minder duurzaam, maar goedkoper per capaciteit, en wordt het gebruikt in datacenters met veel leesbewerkingen en in SSD’s met grote capaciteit.

  1. Wat is het belangrijkste doel van het mechanisme bij TLC- en QLC-SSD’s waarbij een deel van het gebied als SLC wordt gebruikt om schrijfbewerkingen tijdelijk op te vangen?
  2. Welke waarde ligt het dichtst bij het aantal keren dat NAND-flashgeheugen van het type SLC kan worden herschreven?
  3. Wat is de juiste reden dat bij multi-level-NAND-flash (MLC of TLC) de bitpatronen die aan naburige toestanden van de drempelspanning worden toegewezen zo worden gekozen dat ze slechts in 1 bit verschillen?

Oefenvragen over SRAM en flashgeheugen

Belangrijke termen uitgelegd

SLC (single-level cell)
Methode waarbij één flashgeheugencel 1 bit opslaat. Er zijn maar twee drempelspanningstoestanden, dus het is sneller dan multilevel-methoden en kan vaker worden herschreven.
TLC (triple-level cell)
Methode om 3 bits in één flashcel op te slaan. Acht drempelspanningstoestanden moeten worden onderscheiden; de kosten per capaciteit dalen, maar het aantal herschrijfcycli is lager. 4 bits per cel is QLC.
NAND-flashgeheugen
Niet-vluchtig geheugen waarin de geheugencellen in serie zijn geschakeld. Het is dicht te integreren en gemakkelijk tot grote capaciteit uit te breiden; het wordt gebruikt in ssd's en geheugenkaarten.
3D NAND
NAND-flash waarin geheugencellen in verticale richting in groten getale op elkaar zijn gestapeld voor grotere capaciteit. Ingevoerd om de grens van vlakke schaalverkleining te omzeilen; het aantal lagen bedraagt inmiddels meer dan 200.

Verwante vergelijkingen