截至目前,当前主流的TLC闪存,单die容量在1T比特,而QLC的单die容量已经可以达到2T比特。下图中位于指尖上的是铠侠/西数的2Tb BiCS8 QLC闪存die,通过16die封装,在单个闪存颗粒中就可以提供高达4TB的存储容量。除了铠侠/西数之外,长江存储和美光也都推出了单die容量2Tb的新一代3D QLC闪存。
当前3D TLC闪存的单die容量依然维持在1Tb水平。对应到SSD上,在其他条件相同的情况下,使用QLC闪存就能提供双倍于TLC闪存的存储空间。这也是为什么QLC SSD能轻松上到8TB、16TB甚至上百TB了,大容量有谁不爱呢?各大闪存原厂都在大力宣传QLC,不可能是因为它“低端”,而是业界都认为QLC是未来技术发展的一个方向,自己在前沿技术上有突破,所以才要展现出来。
QLC SSD同样可以总线饱和
四通道设计是当前SSD的主流,在闪存通道数量有限的前提下,提升闪存接口速度就成为SSD提速的关键。
接口提速是闪存技术发展的大势所趋。铠侠在不久前宣布第九代BiCS闪存开始送样,虽然这次送样的是TLC类型,但是我们可以看到,只需在现有BiCS5的技术基础上,辅以CMOS与存储阵列分开加工,就能大幅提升SSD性能。无论是TLC还是QLC,都能从闪存接口提速中受益。
上图是铠侠BiCS5闪存的架构图,它原本属于CNA设计,相比CUA设计的BiCS6还要落后一代,但在应用CBA技术后,CMOS电路在单独晶圆上加工制造,不再受存储阵列部分高温工艺的掣肘,闪存接口速度提升到和BiCS8相同的3600MT/s。
当代QLC目前几乎拥有和TLC相同水平的接口速率,同样可以实现总线饱和,也就是大家平时所说的“满速读取”。
以江波龙今年新推出的XP1100和XP2350系列SSD为例,他们都使用了3D QLC闪存,分别实现PCIe 3.0和PCIe 4.0接口下的带宽饱和。对于以读取为主的消费级应用环境,其性价比优势会得到进一步凸显。
QLC SSD写入短板也有解
过去大家普遍认为,QLC SSD无论如何进步,其写入性能短板都无法被忽视。SLC缓存虽然能最大化写入性能,但对于QLC模拟SLC写入来说,需要占用4倍的用户空间,并且缓存用尽后的性能劣化也非常严重。
上月问世的美光7100给QLC SSD带来了全新的多层缓存机制。AWT自适应写入技术发挥看闪存的灵活性,融合SLC缓存与TLC缓存,在兼顾QLC成本优势的同时实现更平缓的写入能力。
QLC寿命更无需担心
得益于闪存技术与LDPC纠错算法的进步,近几年SSD的写入耐久度其实是不断增强的。优秀的3D QLC闪存,在擦写循环次数早已超越当初的2D TLC闪存。比如江波龙XP1100/2350使用的Floating Gate架构3D QLC闪存,就具备3000次擦写循环寿命,是2D TLC闪存的两倍以上。
关于Floating Gate浮栅架构,其实它是2D闪存时代的主流。进入3D闪存时代后,由于制造工艺方面的原因,绝大多数闪存制造商转向Charge Trap电荷陷阱架构。坚持使用Floating Gate浮栅架构的仅有英特尔。后来英特尔闪存业务出售给了SK海力士,也就是现在的Solidigm。Solidigm目前专注于企业级SSD市场,对于浮栅或是电荷陷阱架构并没有厚此薄彼,两种类型的闪存都有应用。
根据英特尔当年的资料,Floating Gate浮栅架构在断电数据保存时间上相比Charge Trap电荷陷阱架构拥有明显优势。
在断电保存时间方面,行业标准的规定是标称写入耐久度用完后,消费级SSD应当能够在30度环境下断电保存一年,而不发生数据丢失。
江波龙今年推出的XP1100和XP2350系列SSD则在行业标准的基础上加码提升要求,BOL做到43度环境温度下断电保存7年不出错,EOL 指标同样按 43 ℃ 环境下 1 年零失效设计。从此无需再说重要资料只能用HDD保存了。
这里的BOL和EOL分别代表寿命开始(Beginning Of Life)和寿命结束(End Of Life),也就是初始状态和标称寿命用完后的状态。根据JESD218规范,消费级SSD应当满足在EOL状态下于30度环境断电保存1年数据。而断电保存时的温度越高,闪存出错率也越大,江波龙的EOL 1Y@43C,是在43度条件下断电保存1年不出错,相比JEDEC规范的难度增加了很多。这从侧面显示了Floating Gate浮栅架构闪存的优势。
用户不会被强迫做选择
从行业趋势来看,头部存储厂商都在积极布局QLC SSD,特别是行业类产品。TLC短期内不会消亡,并且由于容量提升幅度的原因,PLC闪存也不会很快进入实用阶段。在可以预见的未来,TLC SSD将同QLC SSD长期并存,并且QLC SSD的发展速度可能会更快。
以江波龙为例,除了已经在Computex 2025上亮相的XP1100和XP2350之外,明年还将推出采用3D QLC闪存(Floating Gate架构)的PCIe 5.0 SSD,为品牌机提供容量更大、速度更快的SSD,提升PC整机的使用体验。此外,江波龙还计划在未来推出企业级QLC SSD,给服务器、工作站提供更多选择。而他们在多处宣传中提到的PTM模式,本质上是全栈式定制化服务,结合了自研固件,自有封测厂(元成苏州,原力成苏州),可为行业客户提供多种软硬件定制方案,未来SSD还可定制数据恢复工具。随着SSD产品越来越同质化,这种模式也许会被更多的厂商借鉴。
除了OEM型号,QLC SSD也正在覆盖至零售品牌。但我们可以放心,无论是SSD制造商还是媒体,都会确保用户意愿的核心地位,无论是SLC、TLC,还是QLC,用户都能根据自身需求精准选择。而关键就在于透明的闪存介质标注和完善的产品评测,才能给用户提供有价值的参考信息,方便用户去做出适合自己的决策。
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