SLC MLC

 　　SLC 和MLC分別是是Single-Level Cell 單層單元和Multi-Level Cell多層單元的縮寫(xiě)，SLC的特點(diǎn)是成本高、容量小、速度快，而MLC的特點(diǎn)是容量大成本低，但是速度慢。MLC的每個(gè)單元是2bit的，相對(duì)SLC來(lái)說(shuō)整整多了一倍。不過(guò)，由于每個(gè)MLC存儲(chǔ)單元中存放的資料較多，結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，出錯(cuò)的幾率會(huì)增加，必須進(jìn)行錯(cuò)誤修正，這個(gè)動(dòng)作導(dǎo)致其性能大幅落后于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的SLC閃存。

　　SLC和MLC編輯存儲(chǔ)單元分為兩類：SLC（Single-Level Cell 單層單元）和MLC（Multi-Level Cell多層單元）。此外，SLC閃存的優(yōu)點(diǎn)是復(fù)寫(xiě)次數(shù)高達(dá)100000次，比MLC閃存高10倍。此外，為了保證MLC的壽命，控制芯片都校驗(yàn)和智能磨損平衡技術(shù)算法，使得每個(gè)存儲(chǔ)單元的寫(xiě)入次數(shù)可以平均分?jǐn)?，達(dá)到100萬(wàn)小時(shí)故障間隔時(shí)間（MTBF）。

　　對(duì)MLC和SLC兩大架構(gòu)現(xiàn)在網(wǎng)上存在一個(gè)普遍的認(rèn)識(shí)誤區(qū)，那就是大家都認(rèn)為MLC架構(gòu)的NAND閃存是劣品，只有SLC架構(gòu)的NAND閃存才能在質(zhì) 量上有保障。我們先來(lái)回憶一下MLC的發(fā)展歷程以及SLC目前的發(fā)展?fàn)顩r再來(lái)給這個(gè)假設(shè)做定論吧。

　　MLC技術(shù)開(kāi)始升溫應(yīng)該說(shuō)是從2003年2月東芝推出了第一款MLC架構(gòu)NAND Flash開(kāi)始，當(dāng)時(shí)作為NAND Flash的主導(dǎo)企業(yè)三星電子 對(duì)此架構(gòu)很是不屑，依舊我行我素大力推行SLC架構(gòu)。第二年也就是2004年4月東芝接續(xù)推出了采用MLC技術(shù)的4Gbit和 8Gbit NAND Flash，顯然這對(duì)于本來(lái)就以容量見(jiàn)長(zhǎng)的NAND閃存更是如虎添翼。三星電子長(zhǎng)期以來(lái)一直倡導(dǎo)SLC架構(gòu)，聲稱SLC優(yōu)于 MLC，但該公司于2004和2005年發(fā)表的關(guān)于MLC技術(shù)的ISSCC論文卻初步顯示它的看法發(fā)生了轉(zhuǎn)變。三星在其網(wǎng)站上仍未提供關(guān)于MLC閃存的任 何營(yíng)銷材料，但此時(shí)卻已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了一款4Gbit的MLC NAND閃存。該產(chǎn)品的裸片面積是156mm2，比東芝的90nm工藝MLC NAND閃存大 了18m㎡。兩家主流NAND閃存廠商在MLC架構(gòu)上的競(jìng)爭(zhēng)就從這時(shí)開(kāi)始正式打響了。除了這三星和東芝這兩家外，現(xiàn)在擁有了英特爾MLC技術(shù)的IM科技 公司更是在工藝和MLC上都希望超越競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手，大有后來(lái)者居上的沖勁。MLC技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng)就這樣如火如荼地進(jìn)行著。

　　另一方面我們?cè)賮?lái)看看SLC技術(shù)，存取原理上SLC架構(gòu)是0和1兩個(gè)充電值，即每Cell只能存取1bit數(shù)據(jù)，有點(diǎn)兒類似于開(kāi)關(guān)電路，雖然簡(jiǎn)單但卻 非常穩(wěn)定。如同電腦的CPU部件一樣，要想在一定體積里容納更多的晶體管數(shù)，就必須提高生產(chǎn)工藝水平，減小單晶體管體積。目前SLC技術(shù)受限于低硅效率問(wèn) 題，要想大幅度提高制程技術(shù)就必須采用更先進(jìn)的流程強(qiáng)化技術(shù)，這就意味著廠商必須更換現(xiàn)有的生產(chǎn)設(shè)備，投入大不說(shuō)而且還是個(gè)無(wú)底洞。而MLC架構(gòu)可以一次 儲(chǔ)存4個(gè)以上的充電值，因此擁有比較好的存儲(chǔ)密度，再加上可利用現(xiàn)有的生產(chǎn)設(shè)備來(lái)提高產(chǎn)品容量，廠商即享有生產(chǎn)成本上的優(yōu)勢(shì)同時(shí)產(chǎn)品良率又得到了保證，自 然比SLC架構(gòu)更受歡迎。

　　既然MLC架構(gòu)技術(shù)上更加先進(jìn)，同時(shí)又具備成本和良率等優(yōu)勢(shì)，那為什么遲遲得不到用戶的認(rèn)同呢。除了認(rèn)識(shí)上的誤區(qū)外，MLC架構(gòu)NAND Flash 確實(shí)存在著讓使用者難以容忍的缺點(diǎn)，但這都只是暫時(shí)的。為了讓大家能更直觀清楚地認(rèn)識(shí)這兩種架構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)，我們來(lái)做一下技術(shù)參數(shù)上的對(duì)比。

　　首先是存取次數(shù)。MLC架構(gòu)理論上只能承受約1萬(wàn)次的數(shù)據(jù)寫(xiě)入，而SLC架構(gòu)可承受約10萬(wàn)次，是MLC的10倍。這其中也存在一個(gè)誤區(qū)，網(wǎng)上很多媒 體都有寫(xiě)MLC和SLC知識(shí)普及的文章，筆者一一拜讀過(guò)，可以說(shuō)內(nèi)容不夠嚴(yán)謹(jǐn)，多數(shù)都是你抄我我抄你，相互抄來(lái)抄去，連錯(cuò)誤之處也都完全相同，對(duì)網(wǎng)友很不 負(fù)責(zé)。就拿存取次數(shù)來(lái)說(shuō)吧，這個(gè)1萬(wàn)次指的是數(shù)據(jù)寫(xiě)入次數(shù)，而非數(shù)據(jù)寫(xiě)入加讀取的總次數(shù)。數(shù)據(jù)讀取次數(shù)的多寡對(duì)閃存壽命有一定影響，但絕非像寫(xiě)入那樣嚴(yán) 重，這個(gè)壽命值正隨著MLC技術(shù)的不斷發(fā)展和完善而改變著。MLC技術(shù)并非一家廠商壟斷，像東芝（Toshiba）已生產(chǎn)了好幾代MLC架構(gòu)NAND閃 存，包括前不久宣布和美國(guó)SanDisk公司共同開(kāi)發(fā)的采用最先進(jìn)56nm工藝的16Gb（2gigabyte）和 8Gb（1gigabyte）MLC NAND閃存，16Gb是單芯片的業(yè)內(nèi)最大容量。

　　東芝在MLC閃存設(shè)計(jì)方面擁有經(jīng)驗(yàn)與技術(shù)，去年?yáng)|芝利用90nm工藝與三星的73nm產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)。東芝90nm MLC閃存的位密度達(dá) 29 Mbits/ mm2，超過(guò)了三星的73nm閃存（位密度為25.8 Mbits/mm2）。對(duì)于給定的存儲(chǔ)密度，東芝閃存的裸片面積也比三星的要 小。例如東芝的4-Gbit 90nm NAND裸片面積是138 mm2，而三星的4-Gbit 73nm NAND裸片面積是156 mm2，這使東 芝在成本方面更具競(jìng)爭(zhēng)力。三星方面現(xiàn)在正奮起直追，與東芝之間的競(jìng)爭(zhēng)異常激烈。再加上IMFT、海力士等廠商的參與，MLC技術(shù)發(fā)展勢(shì)頭迅猛，今天 MLC NAND Flash寫(xiě)壽命還只有1萬(wàn)次，明天也許就會(huì)是2萬(wàn)次、3萬(wàn)次甚至達(dá)到與SLC同等級(jí)別的10萬(wàn)次，這是完全有可能的。

　　拿MLC NAND Flash的寫(xiě)壽命我們一起來(lái)算筆帳，假如近期筆者購(gòu)買了一款2GB容量MP3播放器，閃存是東芝產(chǎn)的MLC架構(gòu) NAND Flash，理論上只能承受約1萬(wàn)次數(shù)據(jù)寫(xiě)入。筆者是個(gè)瘋狂的音樂(lè)愛(ài)好者，每天都要更新一遍閃存里的歌曲文件，這樣下來(lái)一年要執(zhí)行365次數(shù)據(jù) 寫(xiě)入，1萬(wàn)次可夠折騰至少27年的，去除7年零頭作為數(shù)據(jù)讀取對(duì)閃存壽命的損耗，這款MP3播放器如果其它部件不出問(wèn)題筆者就可以正常使用至少20年。 20年對(duì)于一款電子產(chǎn)品有著怎樣的意義？就算筆者戀舊，也不可能20年就用一款MP3播放器吧。況且就算是SLC架構(gòu)，閃存里的數(shù)據(jù)保存期限最多也只有 10年，1萬(wàn)次的數(shù)據(jù)寫(xiě)入壽命其實(shí)一點(diǎn)兒也不少。

　　其次是讀取和寫(xiě)入速度。這里仍存在認(rèn)識(shí)上的誤區(qū)，所有閃存芯片讀取、寫(xiě)入或擦除數(shù)據(jù)都是在閃存控制芯片下完成的，閃存控制芯片的速度決定了閃存里數(shù)據(jù) 的讀取、擦除或是重新寫(xiě)入的速度?？赡苣銜?huì)拿現(xiàn)成的例子來(lái)辯駁，為什么在同樣的控制芯片、同樣的外圍電路下SLC速度比MLC快。首先就MLC架構(gòu)目前與 之搭配的控制技術(shù)來(lái)講這點(diǎn)筆者并不否認(rèn)，但如果認(rèn)清其中的原因你就不會(huì)再說(shuō)SLC在速度方面存在優(yōu)勢(shì)了。SLC技術(shù)被開(kāi)發(fā)的年頭遠(yuǎn)早于MLC技術(shù)，與之相 匹配的控制芯片技術(shù)上已經(jīng)非常成熟，筆者評(píng)測(cè)過(guò)的SLC產(chǎn)品數(shù)據(jù)寫(xiě)入速度最快能達(dá)到9664KB/s（ KISS KS900），讀取速度最快能達(dá)到13138KB/s（ mobiBLU DAH-1700）， 而同樣在高速USB2.0接口協(xié)議下寫(xiě)入速度最慢的還不足1500KB/s，讀取速度最慢的也沒(méi)有超過(guò)2000KB/s。都是SLC閃存芯片，都是高速 USB2.0接口協(xié)議，為什么差別會(huì)如此大。筆者請(qǐng)教了一位業(yè)內(nèi)資深設(shè)計(jì)師，得到的答案是閃存控制芯片效能低，且與閃存之間的兼容性不好，這類產(chǎn)品不僅速 度慢而且在數(shù)據(jù)操作時(shí)出錯(cuò)的概率也大。這個(gè)問(wèn)題在MLC閃存剛投入市場(chǎng)時(shí)同樣也困擾著MLC技術(shù)的發(fā)展，好在去年12月我們終于看到了曙光。這就是擎泰科 技（Skymedi Corporation）為我們帶來(lái)的新一代高速USB2.0控制芯片SK6281及SD 2.0/MMC 4.2的combo快閃 記憶卡控制芯片SK6621，在MLC NAND閃存的支持與速度效能上皆有良好表現(xiàn)。其所支持的MLC芯片已經(jīng)達(dá)到了Class4的傳輸速度。

　　MLC NAND Flash自身技術(shù)的原因，只有控制芯片效能夠強(qiáng)時(shí)才能支持和彌補(bǔ)其速度上的缺點(diǎn)，支持MLC制程的控制芯片需要較嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)，以 充分發(fā)揮NAND閃存芯片的性能。擎泰科技所推出的系列控制芯片經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間可靠性測(cè)試及針對(duì)不同裝置兼容性進(jìn)行的比對(duì)較正，已能支持目前市場(chǎng)主流的MLC 閃存，如英特爾JS29F16G08CAMB1、JS29F08G08AAMB1，三星K9G4G08U0A、K9G8G08U0M、 K9LAG08U0M、K9HBG08U1M，東芝TC58NVG2D4CTG00、TC58NVG3D4CTG00、TH58NVG4D4CTG00， 美光（Micron）、海力士（Hynix）等等。此外，藉由良好的韌體設(shè)計(jì)，可大幅提升性能，達(dá)到最高的存取速度，例如：SK6621支持MLC可到 Class4水準(zhǔn)，其所支持SLC皆可支持到Class6的傳輸速度。SK6281還達(dá)到了Vista ReadyBoost速度的需求 （Enhanced for Windows ReadyBoost），且支持單顆MLC時(shí)可達(dá)22MB/s的讀取速度及6MB/s的寫(xiě)入速度，綜合下來(lái) 并不比SLC慢多少。你手上的MP3播放器USB傳輸速度慢并不全是因?yàn)殚W存芯片采用了MLC架構(gòu)，它與控制芯片的關(guān)系要更加密切一些。

　　第三是功耗。SLC架構(gòu)由于每Cell僅存放1bit數(shù)據(jù)，故只有高和低2種電平狀態(tài)，使用1.8V的電壓就可以驅(qū)動(dòng)。而MLC架構(gòu)每Cell需要存 放多個(gè)bit，即電平至少要被分為4檔（存放2bit），所以需要有3.3V及以上的電壓才能驅(qū)動(dòng)。最近傳來(lái)好消息，英特爾新推出的65納米MLC寫(xiě)入速 度較以前產(chǎn)品提升了二倍，而工作電壓僅為1.8V，并且憑借低功耗和深層關(guān)機(jī)模式，其電池使用時(shí)間也得到了延長(zhǎng)。

　　第四是出錯(cuò)率。在一次讀寫(xiě)中SLC只有0或1兩種狀態(tài)，這種技術(shù)能提供快速的程序編程與讀取，簡(jiǎn)單點(diǎn)說(shuō)每Cell就像我們?nèi)粘Ｉ钪惺褂玫拈_(kāi)關(guān)一樣， 只有開(kāi)和關(guān)兩種狀態(tài)，非常穩(wěn)定，就算其中一個(gè)Cell損壞，對(duì)整體的性能也不會(huì)有影響。在一次讀寫(xiě)中MLC有四種狀態(tài)（以每Cell存取2bit為例）， 這就意味著MLC存儲(chǔ)時(shí)要更精確地控制每個(gè)存儲(chǔ)單元的充電電壓，讀寫(xiě)時(shí)就需要更長(zhǎng)的充電時(shí)間來(lái)保證數(shù)據(jù)的可靠性。它已經(jīng)不再是簡(jiǎn)單的開(kāi)關(guān)電路，而是要控制 四種不同的狀態(tài)，這在產(chǎn)品的出錯(cuò)率方面和穩(wěn)定性方面有較大要求，而且一旦出現(xiàn)錯(cuò)誤，就會(huì)導(dǎo)致2倍及以上的數(shù)據(jù)損壞，所以MLC對(duì)制造工藝和控制芯片有著更 高的要求。目前一些MP3主控制芯片已經(jīng)采用了硬件4bit ECC校驗(yàn)，這樣就可以使MLC的出錯(cuò)率和對(duì)機(jī)器性能的影響減小到最低。

　　第五是制造成本。為什么硬盤(pán)容量在成倍增大的同時(shí)生產(chǎn)成本卻能保持不變，簡(jiǎn)單點(diǎn)說(shuō)就是在同樣面積的盤(pán)片上存儲(chǔ)更多的數(shù)據(jù)，也就是所謂的存儲(chǔ)密度增大 了。MLC技術(shù)與之非常類似，原來(lái)每Cell僅存放1bit數(shù)據(jù)，而現(xiàn)在每Cell能存放2bit甚至更多數(shù)據(jù)，這些都是在存儲(chǔ)體體積不增大的前提下實(shí)現(xiàn) 的，所以相同容量大小的MLC NAND Flash制造成本要遠(yuǎn)低于SLC NAND Flash。

　　綜上所述，MLC技術(shù)是今后NAND Flash的發(fā)展趨勢(shì)，就像CPU單核心、雙核心、四核心一樣，MLC技術(shù)通過(guò)每Cell存儲(chǔ)更多的bit來(lái)實(shí) 現(xiàn)容量上的成倍跨越，直至更先進(jìn)的架構(gòu)問(wèn)世。而SLC短期內(nèi)仍然會(huì)是市場(chǎng)的佼佼者，但隨著MLC技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，SLC必將退出歷史的舞臺(tái)。

　　SLC（信令鏈路編碼）

　　某個(gè)方向上的信令鏈路一般都編成一個(gè)組，叫信令鏈路組。這條信令鏈路在這個(gè)組中的號(hào)碼就是SLC。SLC號(hào)是做數(shù)據(jù)的時(shí)候工程人員定義的。