NAND 플래시 SLC, MLC, TLC, QLC의 다양한 SSD 칩 등급 간의 차이점을 이해합니다.

낸드플래시(NAND Flash)의 정식 명칭은 플래시 메모리(Flash Memory)로 비휘발성 메모리 장치(Non-Volatile Memory Device)에 속합니다.이는 플로팅 게이트 트랜지스터 설계를 기반으로 하며 플로팅 게이트를 통해 전하가 래치됩니다.플로팅 게이트는 전기적으로 절연되어 있으므로 게이트에 도달하는 전자는 전압이 제거된 후에도 트랩됩니다.이것이 플래시의 비휘발성에 대한 이론적 근거입니다.이러한 장치에는 데이터가 저장되어 전원이 꺼지더라도 손실되지 않습니다.
NAND 플래시는 다양한 나노 기술에 따라 SLC에서 MLC, TLC로의 전환을 경험했으며 QLC로 이동하고 있습니다.NAND 플래시는 대용량과 빠른 쓰기 속도로 인해 eMMC/eMCP, U 디스크, SSD, 자동차, 사물인터넷(IoT) 등 다양한 분야에서 널리 사용되고 있습니다.

SLC(영문 전체 이름(Single-Level Cell – SLC)는 단일 레벨 저장소입니다.
SLC 기술의 특징은 플로팅 게이트와 소스 사이의 산화막이 더 얇다는 점이다.데이터를 쓸 때 플로팅 게이트의 전하에 전압을 인가한 후 소스를 통과시키면 저장된 전하를 제거할 수 있다.즉, 0과 1의 두 가지 전압 변화만으로 1개의 정보 단위, 즉 1bit/cell을 저장할 수 있어 빠른 속도, 긴 수명, 강력한 성능이 특징입니다.단점은 용량이 적고 가격이 비싸다는 점이다.

MLC(영문 정식 명칭 Multi-Level Cell – MLC)는 다층 저장 장치입니다.
인텔(Intel)은 1997년 9월 처음으로 MLC 개발에 성공했다. 그 기능은 두 단위의 정보를 플로팅 게이트(플래시 메모리 셀에 전하가 저장되는 부분)에 저장한 후 서로 다른 전위(레벨)의 전하를 사용하는 것이다. ), 메모리에 저장된 전압 제어를 통해 정확한 읽기 및 쓰기가 가능합니다.
즉, 2bit/cell, 각 셀 단위는 2bit 정보를 저장하고 더 복잡한 전압 제어가 필요하며 00, 01, 10, 11의 네 가지 변화가 있으며 속도는 일반적으로 평균, 수명은 평균, 가격은 평균입니다. 지우기 및 쓰기 수명은 3000~10000회입니다. MLC는 많은 전압 등급을 사용하여 작동하며 각 셀은 2비트의 데이터를 저장하고 데이터 밀도는 상대적으로 크며 한 번에 4개 이상의 값을 저장할 수 있습니다.따라서 MLC 아키텍처는 더 나은 저장 밀도를 가질 수 있습니다.

TLC(영어 정식 이름 Trinary-Level Cell)는 3단 스토리지입니다.
TLC는 셀당 3비트입니다.각 셀 단위는 3bit 정보를 저장하는데, 이는 MLC보다 1/2 더 많은 데이터를 저장할 수 있습니다.000부터 001까지 8가지의 전압 변화 즉, 3bit/cell이 있습니다.8LC라는 플래시 제조업체도 있습니다.필요한 액세스 시간이 길어지므로 전송 속도가 느려집니다.
TLC의 장점은 가격이 저렴하고 메가바이트당 생산 비용이 가장 저렴하며 가격이 저렴하지만 수명이 짧고 삭제 및 다시 쓰기 수명이 약 1000-3000에 불과하지만 엄격한 테스트를 거친 TLC 입자 SSD는 5년 이상 정상적으로 사용됩니다.

QLC(영문 정식 명칭 Quadruple-Level Cell) 4단 저장 장치
QLC는 4계층 저장 장치, 즉 4bits/cell인 4bit MLC라고도 합니다.전압 변화는 16개이지만 용량은 33% 증가할 수 있습니다. 즉, TLC에 비해 쓰기 성능과 삭제 수명이 더욱 감소합니다.구체적인 성능 테스트에서 마그네슘은 실험을 수행했습니다.읽기 속도 측면에서 두 SATA 인터페이스 모두 540MB/S에 도달할 수 있습니다.QLC는 P/E 프로그래밍 시간이 MLC 및 TLC보다 길고 속도가 느리며 연속 쓰기 속도가 520MB/s에서 360MB/s로 임의 성능이 9500 IOPS에서 5000으로 떨어지기 때문에 쓰기 속도가 더 나쁩니다. IOPS는 거의 절반의 손실입니다.

추신: 각 셀 단위에 저장된 데이터가 많을수록 단위 면적당 용량은 높아지지만 동시에 다양한 전압 상태가 증가하여 제어하기가 더 어려워지기 때문에 NAND 플래시 칩의 안정성이 저하됩니다. 악화되고 서비스 수명이 짧아지며 각각 장점과 단점이 있습니다.

(NAND 플래시 읽기 및 쓰기 수명은 참고용입니다.)
낸드플래시 메모리 4종의 성능이 다르다는 것을 쉽게 알 수 있다.SLC의 단위 용량당 비용은 다른 유형의 NAND 플래시 메모리 입자보다 높지만 데이터 보존 시간이 더 길고 읽기 속도가 더 빠릅니다.QLC는 용량이 크고 비용이 저렴하지만 신뢰성이 낮고 수명이 길기 때문에 단점과 기타 단점은 여전히 ​​추가 개발이 필요합니다.

생산 비용, 읽기 및 쓰기 속도, 서비스 수명 측면에서 네 가지 범주의 순위는 다음과 같습니다.
SLC>MLC>TLC>QLC;
현재 주류 솔루션은 MLC와 TLC입니다.SLC는 고속 쓰기, 낮은 오류율, 긴 내구성을 갖춘 군사 및 기업용 애플리케이션을 주로 목표로 합니다.MLC는 주로 소비자급 애플리케이션을 목표로 하며 용량은 SLC보다 2배 더 높고 가격은 저렴하며 USB 플래시 드라이브, 휴대폰, 디지털 카메라 및 기타 메모리 카드에 적합하며 오늘날 소비자급 SSD에도 널리 사용됩니다. .

NAND 플래시 메모리는 서로 다른 공간 구조에 따라 2D 구조와 3D 구조의 두 가지 범주로 나눌 수 있습니다.2D FLASH에는 플로팅 게이트 트랜지스터가 주로 사용되고, 3D 플래시에는 CT 트랜지스터와 플로팅 게이트가 주로 사용됩니다.CT는 반도체이고, CT는 절연체이며, 둘은 성질과 원리가 다릅니다.차이점은 다음과 같습니다.

2차원 구조 낸드플래시
메모리 셀의 2D 구조는 칩의 XY 평면에만 배열되므로 2D 플래시 기술을 사용하여 동일한 웨이퍼에서 더 높은 밀도를 달성할 수 있는 유일한 방법은 프로세스 노드를 축소하는 것입니다.
단점은 NAND 플래시의 오류가 더 작은 노드에서 더 자주 발생한다는 것입니다.또한 사용할 수 있는 가장 작은 프로세스 노드에도 제한이 있으며 저장 밀도도 높지 않습니다.

3차원 구조 낸드플래시
저장 밀도를 높이기 위해 제조업체는 동일한 웨이퍼의 Z 평면에 메모리 셀을 적층하는 3D NAND 또는 V-NAND(수직 NAND) 기술을 개발했습니다.

3D NAND 플래시에서는 메모리 셀이 2D NAND에서 수평 스트링이 아닌 수직 스트링으로 연결되는데, 이러한 방식으로 구축하면 동일한 칩 면적에 대해 높은 비트 밀도를 달성하는 데 도움이 됩니다.최초의 3D 플래시 제품에는 24개의 레이어가 있었습니다.