最新SSD固態硬碟顆粒SLC/MLC/TLC/QLC有什麼區別?

摘要

本文從SSD結構出發,詳細介紹NAND快閃記憶體中最近新推出的QLC、SLC、MLC、TLC之間的區別、各自的優缺點以及其適用的人群。

目錄

一、剖析SSD

二、什麼是NAND快閃記憶體

三、單級單元(Single Level Cell,簡稱SLC

四、多級單元(Multi Level Cell,簡稱MLC

五、三級單元(Triple Level Cell,簡稱TLC

六、四級單元(Quad-level cells,簡稱QLC

七、總結

八、四種快閃記憶體類型的固態硬碟價格

任何嘗試過SSD的人,無一不能向您證明SSD領先于傳統HDD的優點,伴隨著應用程式的載入速度更快、整體效率更高,以及更強的耐用性與穩定性,毫無疑問,SSD終將會成為每一台家用電腦中的標配。但您是否曾經想過,在同等容量下,為什麼某些SSD比其他其他更貴?正如高性能賽車一樣,這一切都是關於引擎蓋下的學問。

以往SSD均採用SLC、MLC、TLC晶片架構,而TLC則比較普遍。但科技迅猛發展,用戶的需求也日益增長,如今一款新型快閃記憶體晶片QLC已面世。QLC(四級單元)的容量更大,價格也更便宜。想要瞭解更多相關細節,請繼續關注QLC(四級單元)的詳細資訊

剖析SSD

在詳細分析這個問題前,我們可能需要先瞭解一下SSD的內部構造:

  • NAND快閃記憶體:SSD儲存資料的部分,以非易失性,即斷電後仍能保存資料的記憶體塊。
  • DDR記憶體:少量的易失性記憶體(需要電源來維護資料)用於緩存未來訪問的資訊。
  • 主控晶片:連接NAND快閃記憶體與電腦之間的主要電子元件。


什麼是NAND快閃記憶體?

NAND快閃記憶體是比傳統硬碟驅動器更好的存放裝置,它使用的是非易失性存儲技術,即斷電後仍能保存資料的存放裝置。

NAND快閃記憶體由多個存放以位元(bit)為單位的單元構成,這些位元通過電荷被打開或關閉,如何組織這些開關單元來儲存在SSD上的資料,也決定了NAND快閃記憶體的命名,比如單級單元(SLC)快閃記憶體在每個存儲單元中包含一個位。

由於SSD電路板規格具有行業標準尺寸,因此同樣的單元物理空間下,多級單元(MLC)能使容量翻倍,三級單元(TLC)更能使容量變為三倍,基於這種發展,為SSD趨向大容量開闢了道路。在性能、體積的優勢基礎上,NAND快閃記憶體目前發展的方向便是降低每比特存儲成本、提高存儲容量。因此就催生了後來的四級單元(QLC),即每個存儲單元有4個bits的格式。


但是,並非單元層數越多就越好,不同層級的單元NAND快閃記憶體有不同的特點,您可以通過下面對SLC、MLC、TLC、QLC的介紹,瞭解自己對不同NAND快閃記憶體的基礎需求,選擇適合自己的SSD。

單級單元 - SLC多級單元 - MLC三級單元 - TLC四級單元 - QLC


單級單元(Single Level Cell,簡稱SLC)

單級單元快閃記憶體俗稱SLC,這種類型的快閃記憶體在讀寫資料時具有最為精確,並且還具有持續最長的資料讀寫壽命的優點。

SLC擦寫壽命約在9萬到10萬次之間。這種類型的快閃記憶體由於其使用壽命,準確性和綜合性能,在企業市場上十分受眾。但由於儲存成本高、存儲容量相對較小,在家用市場則不太受青睞。

優點:

  • 讀寫速度最快的NAND快閃記憶體晶片規格。
  • 與任何其他類型的快閃記憶體相比,擦寫壽命和讀寫迴圈的週期最長
  • 讀取/寫入錯誤的發生幾率更小,并可在跨度更大的溫度範圍內正常運行。

缺點:

  • 市場上最昂貴的NAND快閃記憶體類型。
  • 通常只有較小的容量。

建議使用物件 需要大量讀取/寫入週期的工業級負載,例如伺服器。

多級單元(Multi Level Cell,簡稱MLC)

多級單元俗稱MLC,它的命名來源於它在SLC的1位元/單元的基礎上,變成了2位元/單元。這樣做的一大優勢在於大大降低了大容量儲存快閃記憶體的成本,因為快閃記憶體作為SSD的核心,其生產成本通常都會反映在SSD的價格上並最終轉嫁到消費者的身上。

對於消費類SSD,憑藉相對合理的容量/價格比,MLC快閃記憶體是家用電腦的首選,雖然擦寫壽命只有約1萬次,但對於家用級別來說已經十分足夠。

優點:

  • 擴展的SSD的容量,也擁有合理的性價比。
  • 比TLC快閃記憶體表現更加穩定。

缺點: 不如SLC快閃記憶體那般耐用可靠。

建議使用物件: 較頻繁地使用電腦的用戶或遊戲玩家。

三級單元(Triple Level Cell,簡稱TLC)

TLC快閃記憶體是快閃記憶體生產中最低廉的規格,其儲存達到了3位元/單元,雖然高儲存密度實現了較廉價的大容量格式,但其讀寫的生命週期被極大地縮短,擦寫壽命只有短短的500~1000次,同時讀寫速度較差,只適合普通消費者使用,不能達到工業使用的標準。

優點: 較低的生產成本開啟了廉價大容量SSD市場。

缺點:

  • 與SLC、MLC相比,儲存SSD顆粒的擦寫壽命要短得多。
  • 理論上讀寫速度與SLC、MLC相比最慢。

建議使用物件: 對存儲需求不大的輕度使用需求的電腦用戶,比如只使用上網、郵件等簡單功能的上網本、平板。

四級單元(Quad-level cells,簡稱QLC)

QLC每個SSD顆粒可儲存4bit資料,跟TLC相比,QLC的儲存密度提高了33%。QLC不僅能經受1000次程式設計或擦寫迴圈(與TLC相當,甚至更好),而且容量提升了,成本也更低。

優點:QLC總成本更低,進行存儲時依靠更少驅動器來實現。此外,QLC還具有更多容量,儲存密度高,從而獲得更好的效益。

缺點:與SLC、MLC相比,QLC的性能和寫入壽命有所降低,但與TLC相當。

建議使用物件:比較適合把QLC SSD作為資料倉庫的用戶。如果您對檔案資訊存儲量的需求較大、平時對電腦進行輕度使用(寫入操作少)、或者追求較低價格,建議選用QLC。

如果您擔心QLC壽命以及讀寫速度的問題,相信以下資訊能幫你解決疑惑並化解憂慮。

1、QLC壽命得到延長

前幾年外界預測QLC(四級單元)可讀寫壽命僅有100-150次,有很多用戶都擔心QLC不耐用。但後來美光、東芝等品牌商均表示3D QLC快閃記憶體能經受1000次擦寫,比外界預測的壽命多了十倍。其實,QLC的擦寫壽命有所延長要歸功於3D NAND

一般來說,採用更先進的製作工藝能顯著提升SSD的存儲容量,但是SSD壽命則會越短。為了讓固態硬碟壽命不變的情況下,獲得更大的容量,英特爾和鎂光聯合開發了3D NAND技術。該技術的概念其實非常簡單:不同於將存儲晶片放置在單面,3D NAND技術可以把存儲單元堆疊最高32級。這樣一來,單個MLC存儲晶片上可以增加最高32GB的存儲空間,而單個TLC存儲晶片可增加48GB。

 

不過QLC固態硬碟的壽命有限,仍然比不上SLC和MLC存儲晶片。在此,建議大家儘量不要把QLC固態硬碟作為下載檔案資訊存儲碟,作為資料倉庫則會更加合適。

2、QLC固態硬碟的讀寫速度並不會很慢

目前已有知名品牌廠商公佈了自家QLC固態硬碟的讀寫資訊。從相關資訊來看,QLC固態硬碟的運行速度還是不錯的。

SSD品牌與型號

持續讀取速度

持續寫入速度

英特爾660p 542GB QLC SSD

1500 MB/s

1000 MB/s

英睿達P1 500GB QLC SSD

1900 MB/s

950 MB/s

當然,固態硬碟掉速的情況時有發生。隨著新一代快閃記憶體類型的出現,舊款會逐漸被淘汰,而新一類快閃記憶體會得到更多支援,這種情況也是不可避免的。不過即使QLC固態硬碟出現掉速的情況,其性能還是優於傳統的硬碟。總的來說,QLC固態硬碟並不糟糕,其性價比還是不錯的。建議在選購時多關注品牌、產品品質、質保和價格等



總結

通過以上的對比分析,您應該對SLC、MLC、TLC、QLC NAND快閃記憶體之間的差異有了一定的瞭解,對於為什麼某些同等容量的SSD會顯著高於同類產品也應該具備一定的洞察力,通過下面的對比表格,你可以更加直觀地看到它們之間的差異。

Flash類型

SLC單級單元

MLC多級單元

TLC三級單元

QLC四級單元

擦寫壽命

90,000-100,000

8,000-10,000

500-1000

1000

每個單元的位元數

1

2

3

4

寫入速度(星星越多表示寫入速度越快)

★★★★★

★★★☆☆

★★☆☆☆

★★☆☆☆

耐用度(星星越多表示耐用度越高)

★★★★★

★★★☆☆

★★☆☆☆

★★☆☆☆

價格(星星越少表示價格越低)

★★★★★

★★★☆☆

★★☆☆☆

★☆☆☆☆

適合人群

工業/企業

普通消費者/遊戲玩家

輕度消費者

檔案資訊存儲量大的使用者

此外,大家都說SSD功耗低,那不同快閃記憶體類型的SSD效能是否一致?以下是關於SSD讀寫一小時的耗電量供大家參考。

SSD品牌與型號

快閃記憶體類型

讀取功耗

SSD讀取時的耗電量(1小時)

寫入功耗

SSD寫入時的耗電量(1小時)

西部數據S240G1G0A 240GB

SLC

2.000 W

0.002000 kW·h

2.5 W

0.002500 kW·h

三星970 PRO 512GB

MLC

5.200 W

0.005200 kW·h

5.2 W

0.005200 kW·h

金士頓A1000 480GB

TLC

0.458 W

0.000458 kW·h

0.908 W

0.000908 kW·h

英特爾SSD 660p 542GB

QLC

0.100 W

0.000100 kW·h

0.1 W

0.000100 kW·h

其實,SSD的耗電量會因不同的品牌、型號、快閃記憶體類型、讀寫功耗等因素而不同。就以上參考型號為例,TLC與QLC SSD的讀寫效能比SLC與MLC的要低,但整體上SSD耗電量還是比較低,基本可以忽略不計。

四種快閃記憶體類型的固態硬碟價格

以上給大家詳細介紹了SLC、MLC、TLC以及新誕生不久的QLC,你可以參考以上建議並結合個人實際需求來選購合適的SSD。接下來我們提供比較熱門或最新的SSD以及其售價供大家參考。固態硬碟的價格會因不同的品牌、型號、容量、快閃記憶體類型等因素而不同。

SSD品牌與型號

快閃記憶體類型

亞馬遜售價($)

美元/GB存儲量

西部數據S240G1G0A 240GB

SLC單級單元

$42

$0.18

Silicon SP240GBSS3S56B25AZ 240GB

SLC單級單元

$89.99

$0.37

三星970 PRO 512GB

MLC多級單元

$167.99

$0.33

金士頓KC1000 480GB

MLC多級單元

$204.99

$0.43

Intel DC S3520 480GB

MLC多級單元

$320

$0.67

金士頓KC400 512GB

TLC三級單元

$99.99

$0.2

英特爾Intel 600P M.2 2280 512GB

TLC三級單元

$100

$0.2

雷克沙Lexar NS100 480GB

TLC三級單元

$85.99

$0.18

Intel SSD 660p 542GB

QLC四級單元

$89.99

$0.17

Crucial P1 500GB

QLC四級單元

$89.99

$0.18

ADATA SU630 480GB

QLC四級單元

$57.99

$0.12

表格中的資訊來源於亞馬遜平台(2019年1月)

總的來說,如今大多數SSD採用MLC和TLC,是目前比較普及的民用級硬碟;雖然SLC穩定性更好,但不如MLC和TLC普遍。而QLC是新萌生的快閃記憶體類型,目前陸續上架,其價格也比較適中,相信往後會更加普遍。以上Intel、crucial、ADATA三款QLC固態硬碟是不久前發佈的,建議大家可以繼續密切關注QLC SSD的最新動態。

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