SLC、MLC、TLC、QLC 的差異:壽命、速度、成本比較

這些名稱表示 NAND 型快閃記憶體的一個單元記憶幾個位元。1 位元是 SLC,2 位元是 MLC,3 位元是 TLC,4 位元是 QLC。每個單元放入越多位元,相同矽面積的容量就越大,每位元的成本也越低。不過,單元必須更細微地分辨電壓的階段,其間隔也變窄。因此,從 SLC 到 QLC,抹寫壽命、速度與可靠度都會變差。

項目SLCMLCTLCQLC
每個單元的位元數1234
臨界電壓的狀態數24816
抹寫壽命(寫入/抹除的次數)約 5 萬~10 萬次數千~1 萬次數千次約 1,000 次
寫入速度最快快稍慢最慢
讀取延遲最小小稍大最大
錯誤率與 ECC最低。輕量的錯誤更正即可低較高。需要強力的 ECC最高。需要最強的 ECC 與讀取重試
每位元的成本最高高便宜最便宜
相同面積的容量最小SLC 的 2 倍SLC 的 3 倍SLC 的 4 倍
主要用途工業用與航太用的儲存裝置、企業用的寫入快取過去的企業用與高階消費性 SSD主流的消費性 SSD、智慧型手機、記憶卡大容量且便宜的硬碟、以讀取為主的儲存用途

數值為具代表性的大致參考值,會因世代或產品而異。

適用於什麼情況

SLC
重視壽命與可靠度勝過價格時。例如工業設備、日誌記錄、其他 SSD 的高速快取區域等。
TLC
是現在的主流。成本、速度與壽命取得良好平衡,廣泛用於個人電腦與智慧型手機。
QLC
重視每單位價格的容量,且以讀取為主時。例如大容量儲存、遊戲資料庫、封存等。
搭配使用
許多 TLC 與 QLC 的 SSD 會將部分空閒區域作為高速的 SLC 模式快取,以吸收集中的寫入。這個快取一旦寫滿,寫入速度就會下降。

常見問題

TLC 與 QLC 哪一個比較好?

TLC 速度快,抹寫壽命也長,是主流的選擇。QLC 每 GB 較便宜,適合以讀取為主的儲存用途,但劣化較快。

為什麼每個單元的位元數增加,壽命就會下降?

位元數越多,臨界電壓的階段就越多,間隔也越窄,因此當磨損使各階段變寬時,讀取錯誤會更早發生。

什麼是 SLC 快取?

許多 TLC 與 QLC 的 SSD 會將部分空閒區域以高速的 SLC 模式使用,以吸收集中的寫入。這個快取寫滿後,寫入速度就會下降。

QLC 能分辨幾個電壓階段?

16 個階段。SLC 為 2 個,MLC 為 4 個,TLC 為 8 個。

理解度檢測

SLC(Single-Level Cell)型快閃記憶體,每個單元儲存幾位元?

  1. A2 位元
  2. B4 位元
  3. C1 位元
查看答案與解析

正確答案:C. 1 位元

SLC 在一個單元中儲存 1 位元(2 種狀態)。由於狀態容易區分,寫入快,可改寫次數多達約 10 萬次,對資料保存與高溫的耐受性也強,但相同單元數下的容量最小。因此用於工業設備與車用等要求高可靠度的用途。MLC 為 2 位元,TLC 為 3 位元,QLC 為 4 位元。

將 SLC、MLC、TLC 依可改寫次數由多到少排列,下列何者正確?

  1. ATLC > MLC > SLC
  2. BSLC > MLC > TLC
  3. CMLC > SLC > TLC
查看答案與解析

正確答案:B. SLC > MLC > TLC

每個單元的位元數越少,臨界電壓狀態的間隔越寬,即使氧化膜劣化使分布變寬,仍能正確讀取,因此可改寫次數越多。一般為 SLC > MLC > TLC > QLC,大致標準為 SLC 約 10 萬次、MLC 數千~1 萬次、TLC 數千次、QLC 約 1000 次。需要高耐久性的工業用途,以及 SSD 的快取區域會使用 SLC 模式。

QLC(每個單元 4 位元)的 NAND 快閃記憶體中,一個單元必須區分的臨界電壓狀態有幾種?

  1. A4
  2. B8
  3. C16
查看答案與解析

正確答案:C. 16

要在一個單元中儲存 N 位元,必須區分 2ᴺ 個臨界電壓狀態,QLC 為 2⁴ = 16 種狀態。可使用的臨界電壓範圍(數 V)幾乎相同,因此狀態間隔成為 SLC 的十幾分之一,寫入需要更精細的控制。所以 QLC 寫入較慢、耐久性也較低,但每容量單價便宜,用於以讀取為主的資料中心與大容量 SSD。

  1. 在 TLC 或 QLC 的 SSD 中,把一部分區域當作 SLC 使用、暫時承接寫入的機制,其主要目的為何?
  2. SLC 型 NAND 快閃記憶體的可改寫次數標準,最接近下列何者?
  3. 多值(MLC 或 TLC)NAND 快閃記憶體中,使相鄰臨界電壓狀態所分配的位元排列只相差 1 位元,其理由下列何者正確?

前往SRAM與快閃記憶體的練習題

相關名詞的解說

SLC(單階儲存單元)
在快閃記憶體的 1 個單元中記憶 1 位元的方式。由於臨界電壓的狀態只有 2 種,比多值方式更快,可覆寫次數也更多。
TLC(三階儲存單元)
在快閃記憶體的 1 個單元中記憶 3 位元的方式。必須區分 8 種臨界電壓狀態,每容量成本降低,但可覆寫次數變少。1 個單元 4 位元的是 QLC。
NAND 型快閃記憶體
記憶單元以串聯方式連接的非揮發性記憶體。容易高密度、大容量化,用於 SSD 與記憶卡。
3D NAND
將 NAND 快閃記憶體的記憶單元在垂直方向堆疊許多層以達成大容量。為突破平面微縮的極限而導入,堆疊層數已達 200 層以上。

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