MLC NAND

MLC 全稱為Multi-Level Cell，多層單元快閃記憶體，MLC通過使用大量的電壓等級，每一個單元儲存兩位數據，數據密度比較高。

一般廠家宣稱可以保證得擦除次數是3，000次。這一點與SLC的100，000的擦除次數有不小的差異。

基本介紹

• 中文名：MLC NAND
• 外文名：Multi-Level Cel
• 擦除次數：3，500次
• 結構：多層單元快閃記憶體
• 差異：與SLC得100，000的擦除次數

MLC晶片特點

1、傳輸速率：由於MLC晶片技術所限，目前市面上的MP3如果採用了高速USB接口，同樣的Mp3出現傳輸速度相差比較大的，比如Rockchip主控晶片寫入速度可以超過3MB/s，如果有的品牌產品只有1M多，不超過2MB，就有可能採用MLC晶片。

2、晶片編號：三星MLC晶片採用的晶片編號為：K9G****** K9L*****。現代MLC晶片採用的晶片編號為：HYUU***。

與SLC對比

總而言之，MLC在架構上優於SLC架構。

首先是存取次數。MLC架構理論上只能承受約1萬次的數據寫入，而SLC架構可承受約10萬次，是MLC的10倍。這其中也存在一個誤區，網上很多媒體都有寫MLC和SLC知識普及的文章，筆者一一拜讀過，可以說內容不夠嚴謹，多數都是你抄我我抄你，相互抄來抄去，連錯誤之處也都完全相同，對網友很不負責。就拿存取次數來說吧，這個1萬次指的是數據寫入次數，而非數據寫入加讀取的總次數。數據讀取次數的多寡對快閃記憶體壽命有一定影響，但絕非像寫入那樣嚴重，這個壽命值正隨著MLC技術的不斷發展和完善而改變著。

MLC技術並非一家廠商壟斷，像東芝（Toshiba）已生產了好幾代MLC架構NAND快閃記憶體，包括前不久宣布和美國SanDisk公司共同開發的採用最先進56nm工藝的16Gb（2gigabyte）和8Gb（1gigabyte）MLC NAND快閃記憶體，16Gb是單晶片的業內最大容量。

東芝在MLC快閃記憶體設計方面擁有經驗與技術，去年東芝利用90nm工藝與三星的73nm產品競爭。東芝90nm MLC快閃記憶體的位密度達29 Mbits/ mm2，超過了三星的73nm快閃記憶體（位密度為25.8 Mbits/mm2）。對於給定的存儲密度，東芝快閃記憶體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爭力。

三星方面現在正奮起直追，與東芝之間的競爭異常激烈。再加上IMFT、海力士等廠商的參與，MLC技術發展勢頭迅猛，今天MLC NAND Flash寫壽命還只有1萬次，明天也許就會是2萬次、3萬次甚至達到與SLC同等級別的10萬次，這是完全有可能的。

拿MLC NAND Flash的寫壽命我們一起來算筆帳，假如近期筆者購買了一款2GB容量MP3播放器，快閃記憶體是東芝產的MLC架構NAND Flash，理論上只能承受約1萬次數據寫入。筆者是個瘋狂的音樂愛好者，每天都要更新一遍快閃記憶體里的歌曲檔案，這樣下來一年要執行365次數據寫入，1萬次可夠折騰至少27年的，去除7年零頭作為數據讀取對快閃記憶體壽命的損耗，這款MP3播放器如果其它部件不出問題筆者就可以正常使用至少20年。

20年對於一款電子產品有著怎樣的意義？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，快閃記憶體里的數據保存期限最多也只有10年，1萬次的數據寫入壽命其實一點兒也不少。 其次是讀取和寫入速度。這裡仍存在認識上的誤區，所有快閃記憶體晶片讀取、寫入或擦除數據都是在快閃記憶體控制晶片下完成的，快閃記憶體控制晶片的速度決定了快閃記憶體里數據的讀取、擦除或是重新寫入的速度。可能你會拿現成的例子來辯駁，為什麼在同樣的控制晶片、同樣的外圍電路下SLC速度比MLC快。

首先就MLC架構目前與之搭配的控制技術來講這點筆者並不否認，但如果認清其中的原因你就不會再說SLC在速度方面存在優勢了。SLC技術被開發的年頭遠早於MLC技術，與之相匹配的控制晶片技術上已經非常成熟，筆者評測過的SLC產品數據寫入速度最快能達到9664KB/s（ KISS KS900），讀取速度最快能達到13138KB/s（ mobiBLU DAH-1700），而同樣在高速USB2.0接口協定下寫入速度最慢的還不足1500KB/s，讀取速度最慢的也沒有超過2000KB/s。都是SLC快閃記憶體晶片，都是高速USB2.0接口協定，為什麼差別會如此大。

筆者請教了一位業內資深設計師，得到的答案是快閃記憶體控制晶片效能低，且與快閃記憶體之間的兼容性不好，這類產品不僅速度慢而且在數據操作時出錯的機率也大。這個問題在MLC快閃記憶體剛投入市場時同樣也困擾著MLC技術的發展，好在去年12月我們終於看到了曙光。這就是擎泰科技（Skymedi Corporation）為我們帶來的新一代高速USB2.0控制晶片SK6281及SD 2.0/MMC 4.2的combo快閃記憶卡控制晶片SK6621，在MLC NAND快閃記憶體的支持與速度效能上皆有良好表現。其所支持的MLC晶片已經達到了Class4的傳輸速度。

MLC NAND Flash自身技術的原因，只有控制晶片效能夠強時才能支持和彌補其速度上的缺點，支持MLC製程的控制晶片需要較嚴格的標準，以充分發揮NAND快閃記憶體晶片的性能。擎泰科技所推出的系列控制晶片經過長時間可靠性測試及針對不同裝置兼容性進行的比對較正，已能支持目前市場主流的MLC快閃記憶體，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，藉由良好的韌體設計，可大幅提升性能，達到最高的存取速度，例如：SK6621支持MLC可到Class4水準，其所支持SLC皆可支持到Class6的傳輸速度。SK6281還達到了Vista ReadyBoost速度的需求（Enhanced for Windows ReadyBoost），且支持單顆MLC時可達22MB/s的讀取速度及6MB/s的寫入速度，綜合下來並不比SLC慢多少。你手上的MP3播放器USB傳輸速度慢並不全是因為快閃記憶體晶片採用了MLC架構，它與控制晶片的關係要更加密切一些。

第三是功耗。SLC架構由於每Cell僅存放1bit數據，故只有高和低2種電平狀態，使用1.8V的電壓就可以驅動。而MLC架構每Cell需要存放多個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動。最近傳來好訊息，英特爾新推出的65納米MLC寫入速度較以前產品提升了二倍，而工作電壓僅為1.8V，並且憑藉低功耗和深層關機模式，其電池使用時間也得到了延長。

第四是出錯率。在一次讀寫中SLC只有0或1兩種狀態，這種技術能提供快速的程式編程與讀取，簡單點說每Cell就像我們日常生活中使用的開關一樣，只有開和關兩種狀態，非常穩定，就算其中一個Cell損壞，對整體的性能也不會有影響。在一次讀寫中MLC有四種狀態（以每Cell存取2bit為例），這就意味著MLC存儲時要更精確地控制每個存儲單元的充電電壓，讀寫時就需要更長的充電時間來保證數據的可靠性。它已經不再是簡單的開關電路，而是要控制四種不同的狀態，這在產品的出錯率方面和穩定性方面有較大要求，而且一旦出現錯誤，就會導致2倍及以上的數據損壞，所以MLC對製造工藝和控制晶片有著更高的要求。目前一些MP3主控制晶片已經採用了硬體4bit ECC校驗，這樣就可以使MLC的出錯率和對機器性能的影響減小到最低。

第五是製造成本。為什麼硬碟容量在成倍增大的同時生產成本卻能保持不變，簡單點說就是在同樣面積的碟片上存儲更多的數據，也就是所謂的存儲密度增大了。MLC技術與之非常類似，原來每Cell僅存放1bit數據，而現在每Cell能存放2bit甚至更多數據，這些都是在存儲體體積不增大的前提下實現的，所以相同容量大小的MLC NAND Flash製造成本要遠低於SLC NAND Flash。

綜上所述，MLC技術是今後NAND Flash的發展趨勢，就像CPU單核心、雙核心、四核心一樣，MLC技術通過每Cell存儲更多的bit來實現容量上的成倍跨越，直至更先進的架構問世。而SLC短期內仍然會是市場的佼佼者，但隨著MLC技術的不斷發展和完善，SLC必將退出歷史的舞台。