TLC未来发展趋势？漫谈SSD中闪存类型

●TLC相对于MLC与SLC，最大硬伤是寿命

　　SLC即Single-Level Cell ，约10万次擦写寿命；MLC 即Multi-Level Cell，约3000--10000次擦写寿命，TLC = Trinary-Level Cell约500--1000次擦写寿命。 

　　现在MLC闪存的SSD制造工艺可以达到19nm，理论的擦写保持在3000--5000次，按照这样理论值，一款SSD的寿命用个5至10年没有问题。但TLC就不一样了，理论值仅500-1000次，三星840发布前还没厂商能将TLC提升至1000次擦写，那为什么TLC的寿命不行呢？笔者将收集技术资料与网友们分享下，内容枯燥难懂，没看懂的也正常。

　　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“。二氧化硅起到绝缘层的作用，在电场没有形成之前，电子是无法逃离或者进入浮点栅极的。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。

　　SLC只需要两种状态，0和1。但是随着闪存单元容量的增加，你就需要更多的电压状态。MLC需要四种状态，而TLC需要八种状态。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。在”隧穿“过程中，电子可能会滞留在二氧化硅绝缘层，这就让这层的负电荷不断增加，使得控制栅极的电压受到影响。

　　首先，擦除数据变慢，这是因为要想施加较高电压需要更长的时间才能得以实现（电压不断增高的过程，知道合适的电压峰值被发现才算完成。）并且高电压会对氧化物造成更大的压力，从而使得氧化物更容易被击穿。擦除数据非常耗时，而为了能够保持性能，必须要借助固态硬盘整个block停止工作来实现。但是，这是有副作用的。写入数据就要相对快的多，因为由于电子陷落存储单元内已经存在了一些电压了!

　　这就能够看出SLC，MLC和TLC的差别了。每个存储单元包含数据的比特越少，单元内的电压空间就越大。换句话说，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。

　　让我假设一下，一块SLC NAND闪存可以承受0V-14V的电压，而要想写入数据（写入1），电压的临界峰值要达到4V-5V之间。同理，电压需要达到9V-10V来实现（写入0）。在上述的情形中，两种电压状态之间存在4V的空间。而同样的情形，在MLC NAND闪存中，状态之间的电压空间仅为2V。而TLC闪存的电压空间仅剩0.67V了。

　　当氧化层被击穿后，要想进行数据写入就需要更高的电压。SLC闪存只需要4V-6V的电压就能写入“0”。这仅仅意味着电压空间只是缩小了1V而已。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。

注：这部分内容来自百度文库