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[数码评述] 固态硬盘从MLC到TLC,再到QLC,闪存寿命一退再退,还能用...

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弹指惊雷 发表于 2020-5-22 22:44:46 | 显示全部楼层 |阅读模式 来自- 保留地址
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固态硬盘从MLC到TLC,再到QLC,闪存寿命一退再退,还能用吗?原创 太白曰 2020-05-12 12:40:22
固态硬盘从MLC到TLC,再到QLC,闪存寿命一退再退,还能用吗?
硬盘作为存储信息的单元,是组成计算机必不可少的工具。在正常情况下,我们除了要在硬盘中安装电脑使用的系统,还要经常要用它来存储应用影视游戏等信息,为计算机软件的运行提供读写的空间。可以说,硬盘对于计算机的重要性,丝毫不亚于其他的任何组件。


多数人对于硬盘的了解主要是来自于厂商的宣传,通过浅显易懂的话语中得到“硬盘分机械硬盘和固态硬盘之分”和“固态硬盘速度比机械硬盘快”这两个结论。不过,本着“数据无价”的态度,关于固态硬盘,你可能需要知道的更多。
虽然固态硬盘近些年才在市场上流行开来,但它本身并不是新出现的技术产品。
硬盘技术发展
1968年,IBM重新提出了“Winchester(温切斯特)”技术的可行性后,存储硬盘开始了统一发展方向,机械硬盘的组成结构大致定了下来。然而,硬盘技术另类发展可并没有就此停摆。

机械硬盘


观看那些拆开的机械硬盘,我们会发现磁头、盘组和磁头的机械臂这些东西,实际上机械硬盘使用的这个模组,就是基于的Winchester(温切斯特)技术。这个技术本身大概是在说——盘组通过甩涂等工艺,制作成磁层,即磁性记录层,此时磁粉呈现出来的不规则颗粒,就可以作为存储载体。
一年后,四位离开IBM的工程师合伙创立了一家名叫StorageTek的公司,并开始了为期十年左右的,和IBM争夺磁带存储霸主地位的战斗。这家公司即是后来大名鼎鼎的美商存储科技公司(Storage Technology Corporation,StorageTek或STK)的前身。


1970年,初入存储行业的STK砸钱开发出了世界首个固态硬盘驱动器。不过这款固态硬盘驱动器和如今的固态硬盘在本质上并非相同,因为如今的固态硬盘使用的闪存,到1984年才被东芝发明出来,之后五年才有了使用闪存的固态硬盘问世。
所以,率先搞出来固态硬盘驱动器的STK并没有通过这一硬盘的革新技术成功,相反因为一系列产品的失败,STK在闪存问世的同一年宣布破产保护,差点GG,后来缓过劲,STK转身又投入了基于温切斯特技术本质的“自动化磁带柜”市场。
固态硬盘的入场
虽说经历了一系列曲折,但固态硬盘(Solid State Disk或Solid State Drive,简称SSD)最终还是出现了。


2006年,固态硬盘率先被三星放入了笔记本电脑市场,一石激起千层浪,固态硬盘开始正式进入了民用计算机存储市场,各种搭载固态硬盘的产品层出不穷。
不过,固态硬盘高昂的价格,同价位远低于机械硬盘的容量,还是让大多数的购买者“望而生畏”。
固态硬盘降低成本的考虑
早期的固态硬盘速度和安全性以及寿命,技术层面上理论都远甩开机械硬盘,但这样生产制造的固态硬盘,成本非常高昂,很难将固态硬盘快速普及到市场,获得大量的市场占有率,所以减少成本就成为了固态硬盘厂商要首先考虑的事情。




固态硬盘的结构构造比起机械来说其实更为简单。固态硬盘的主体是一块PCB电路板,在PCB上是构成固态硬盘体系的控制芯片缓存芯片和存储数据的闪存芯片。

硅晶圆片


要想降低成本,最直接的办法就是降低控制芯片、缓存芯片和闪存芯片的成本。就实际而言,缓存芯片的操作简单,无非是降低缓存大小,甚至可以放弃缓存芯片。其次,主控芯片可以使用性能较弱的主控。而至于闪存芯片,则要考虑用新的技术工艺去解决。
闪存芯片的发展
早先闪存使用的芯片是基于SLC技术(Single-Level Cell),也就是“每一个存储单元中只存储一位数据”,这种闪存的好处是耐用、准确,性能也好,早期的企业应用存储首先的选择就是SLC闪存。当然了,SLC闪存的固态,其价格和它的安全性一样“出色”。
要想在不增加存储单元的情况下削减闪存成本,最好的办法就是充分利用存储单元的空间,所以MLC、TLC、QLC技术的闪存相应而来。


  • MLC
MLC闪存的定义实际上是有歧义的。因为这个叫法的本意是“Multi-Level Cell”,意思是说“多级单元架构”,从这一点上来说,之后的TLC、QLC甚至HLC、OLC都属于MLC范畴。
不过呢,MLC主流还是当作“Binary-Level cell”来理解,也就是“二级单元架构”,即“每一个存储单元中存储两位数据”。这样一来,在不增加存储单元数量的前提下,MLC闪存就能做到比SLC闪存大约多一倍的存储数据的能力。
  • TLC
TLC,即“Triple-Level cell”,意思是“三级单元架构”,即“每一个存储单元中存储三位数据”。
  • ​QLC
事实上从MLC、TLC一路看下来,大家也能猜到QLC什么意思——“Quad-Level Cell”,即“每一个存储单元中存储四位数据”。


闪存的成本通过增加存储单元的存储能力得到了解决,貌似看起来非常不错,MLC闪存做成同容量的TLC,成本大约减少一倍,做成QLC成本就大约减少了三分之二,而同样的成本下,TLC可以做到MLC的两倍容量,而QLC能做到MLC的三倍,怎么看都是在朝着“先进”发展,但这样真的没有问题吗?
闪存从MLC到TLC再到QLC带来的弊端
当然是有问题的。
  • 速度:
一个单元格存一位数据的时候,我读取这个数据只需要对应单元格就行了,因为进去就能找到数据。但是存两位数据的时候,我读取写入不仅要对应单元格,还需要在单元格的两个数据中找这个数据。
  • 寿命:
如果一个单元格读取写入数据的寿命是1000次,对单元格进行一次完整的读取写入。
一个单元格存一位数据的时候,我对这个单元格写入一个“0”,读取一个“0”,寿命减少了一次。
一个单元格存两位数据的时候,我对这个单元格写入一个“0”,写入一个“1”,读取一个“0”,读取一个“1”。虽然写入和读取的内容多了,但是同一个单元格也要被读取写入两次。


没错,闪存存储数据密度的增加,带来的弊端正是速度和寿命上的降低。
闪存寿命一退再退,还能用吗?
固态硬盘对比机械硬盘,最大的好处是理论上的稳定性、安全性(不用担心会有机械上的物理损伤,不用担心坏道、震动损坏、磁头损坏等情况)、寿命(实际上机械硬盘不出现意外,寿命要比普通固态长)和最重要的速度。而在闪存芯片革新的情况下,寿命和速度都出现了理论上的降低,这还能用吗?
如今的闪存芯片进入到了QLC阶段,“更差劲”的HLC、OLC等还没有产品上市,就这个目前“最差劲”的QLC来说,也不是不能用。


通过镁光东芝等厂商的公布的消息来说,他们生产的QLC的擦写寿命约为1000PE,理论运用到512GB的QLC固态中,每天让它读取写入100GB,512✖1000➗365➗100≈14,也就是大约14年。当然现实不一定是这样,只是能证明了一些东西——QLC的理论寿命虽然低,但是制造工艺技术的发展,QLC闪存的理论寿命实际并没有变得太低。
所以如果就寿命来说,大可不必担心,正常使用三年五载是绝对没有问题的,目前的固态硬盘还没有出现闪存芯片坏了的情况,坏的最多是主控(控制芯片)。
另外的一个问题,多数人都认为QLC的速度很差,原因是100G外的连续读写掉速严重,出现甚至比机械硬盘还慢的情况。
这种情况实际上是固态硬盘的通病,许多TLC的硬盘也有超过一定大小文件读写的掉速,这是因为TLC、QLC等硬盘通常都有一些空间在模拟SLC缓存加速,SLC缓存用完了,自然就开始掉速了。而且即便缓存用光,顺序读写掉速严重,固态硬盘最大的优点4K读写表现依旧很好。


据已经进入市场的QLC固态660p来说,它提供有6G-24G不等的SLC缓存,如果容量在TB这个级别,连续读写100G不掉速还是可以做到的。
总结来说,QLC硬盘不是不能用,并且可以预期的是,QLC大面积上货后,价格会非常美丽。对于不会经常闲的把几百G文件,也没有要存几十年的数据,并且对于预算有的要求的大众消费者来说,大可不必担心QLC的寿命,作为一个游戏盘,非重要文件的仓库盘,QLC固态还是不错的选择。
而且说到底,其实QLC颗粒最大的软肋不是寿命和速度,而是文件的保存率——SSD固态不通电的话,长时间闲置会导致数据改变状态,文件不可读。在不通电下环境温度升高,文件保存的时间只会更少。
(图侵删)

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12 条评论


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  • 用户9792563030851 10天前

    本来是ssd+hdd的组合的,但是现在hdd整出个smr,随着ssd价格进一步下探,当价格和hdd持平的时候(当前sata接口500g左右只要300多了,比hdd贵一倍左右),还有人买hdd吗?

    回复 ⋅ 1条回复1


  • 手机用户51052375499 9天前

    我最多只能接受到 TLC

    回复 ⋅ 2条回复4


  • VebenJue 9天前

    两块MLC 一条TLC

    回复1


  • 小白同学耶 9天前

    还好我的MLC的

    回复1


  • 绯红的陆行鸟 10天前

    太长,太专业,直接跳到看最后两段就好






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无人岛屿颈 发表于 2024-8-7 01:31:24 | 显示全部楼层 来自- 中国湖北十堰
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楼主的等级很高啊!
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