PLC比 QLC 性能更差、更不耐用、寿命更短?!

去年 QLC NAND Flash 储存产品正式推出市场，虽然 QLC 容量大、价格便宜，但 TLC 即使价格较贵但相对稳定性更好，不少用家都仍会选择 TLC NAND Flash 产品，不过在大家还对 QLC 心存疑虑的时候，再下一代的 PLC 亦准备要来了。Toshiba 最近在国际储存峰会上展示了未来的 NAND Flash 生产路线图，其中重点讲解了自家的多层堆叠闪存颗粒规划以及 QLC 之后的 PLC 颗粒的情况。

1989 年，Toshiba 发表了 NAND Flash 结构，强调降低每比特的成本，更高的性能，并且像磁碟一样可以通过接口轻松升级。按照储存方式划分，NAND Flash 已经发展了四代：

 

📍 第一代 SLC 每单元可储存 1 bits/cell 数据，性能好、寿命长，可经受 10 万次编程/擦写循环，但容量低、成本高，如今已经非常罕见；

 

📍 第二代 MLC 每单元可储存 2bits/cell 数据，性能、寿命、容量、成各方面比较均衡，可经受 1 万次编程/擦写循环，现在只有在少数高阶 SSD 中可以见到；

 

📍 第三代 TLC 每单元可储存 3bits/cell 数据，性能、寿命变差，只能经受 3 千次编程/擦写循环，但是容量可以做得更大，成本也可以更低，是当前最普及的；

 

📍 第四代 QLC 每单元可储存 4bits/cell 数据，性能、寿命进一步变差，只能经受 1000 次编程/擦写循环，但是容量更容易提升，成本也继续降低。

 

 

每 Cell 单元储存数据越多，单位面积容量就越高，但同时导致不同电压状态越多，越难控制，所以导致颗粒稳定性越差，寿命低，各有利弊。相对于 SLC 来说，MLC 的容量大了 100%，寿命缩短为 SLC 的 1/10，相对于 MLC 来说，TLC 的容量大了50%，寿命缩短为 MLC 的 1/20。

 

QLC 出现的时间很早，但一直未被人关注过，QLC 颗粒跟前几种颗粒相比最大的优势是价格便宜，容量大，虽然 P/E 寿命低，但是大容量很好的弥补了这个弱点。

 

目前在 SLC、MLC、TLC、QLC NAND Flash 颗粒中，TLC 已经是主角，QLC 是未来发展趋势，TLC 又有 3D-TLC 与 2D-TLC两种，3D-TLC 又再细分为 32 层 3D-TLC 、64 层 3D-TLC 及最新的 96 层 3D-TLC。

 

至于 QLC 之后就由 PLC ( Penta Level Cells )去接替，PLC 也就是每个 NAND Flash 单元中将会容纳 5bits/cell 数据，不过 PLC 需要主控制器准确控制 32 路电压，因此挑战相当大。

 

目前 Toshiba 自家的 3D 多层堆叠式 BiCS NAND 已经发展到第 4 代，并已开始 BiCS NAND 的第五代到第七代的研发，在接下去的每一代 BiCS 中，新产品都将与新一代的 PCIe 标准相一致，比如 BiCS 5 会对应 PCIe 4.0，BiCS 6 会对应 PCIe 5.0 等。频宽方面，BiCS 5 将具有更高的 1200 MT/s，而 BiCS6 将达到 1600 MT/s、BiCS7 更能达到 2000 MT/s 频宽。

 

由于 NAND 结构不断复杂，写入性能及可靠性也随之而下降，由 SLC、MLC、TLC 到 QLC 的写入性能已越来越低，为了解决此问题，Toshiba 表示在 NVMe 协议中的新功能如 ZNS（分区命名空间）应该有助于缓解其中的一些问题，ZNS 设计之初是用于减少写入放大、减少过载和 DRAM 高占用，当然，也能提高吞吐量和改善延迟。

至于推出时间，Toshiba 提到BiCS 5 将很快与 PCIe 4.0 同步上市，但未有确实提供具体的时间表。

 

随着 NAND Flash 产品的发展，QLC 将会带动 SSD 产品容量的提升，并很快会成为主流。不过从目前来看， QLC 要超越机械硬碟容量还有一定难度，只能说可以打成平手，所以 SSD 容量要追过机械硬碟的话，未来可能就要靠 PLC NAND Flash，不过就要在连续读写速度及寿命两方面取舍了。