QLC NAND 已来未热，是时候该拥抱了？

前言

伴随着闪存芯片的发展趋势，现如今便宜、大容量的SSD基本上都需要上QLC闪存芯片了。一时间QLC有山雨欲来之势，大容量QLC SSD的普及似乎已经触手可及。

虽然现在主流是 TLC NAND（第三代）, 但下一代 $QLCNAND$ 已来到我们身边？ 明天和还是明年？说不定就成为主流？ 带着对 QLC 的好奇心，本文分享QLC NAND 技术， 聊聊 QLC NAND 的趋势。

1. QLC NAND 是什么？

SLC NAND 中的单元每个存储单元（存储元）只能存储一位，MLC 存储两个，TLC 存储三个，QLC 存储四个。

2. QLC NAND 特性

QLC是继TLC（3 bit/cell）后3D NAND新的技术形态。

1. 大容量
2. 高密度
3. 低成本

适合于 $读取密集型$应用。

3. QLC NAND 带给我们什么希望?

在成本方面，QLC产品会与同世代TLC也会进一步拉开距离，价格优势将会表现出来。

QLC 相比 TLC，在相同晶圆上可以 $多33\%$ 的容量。
相对应的， 单位GB 有望 $少33\%$ 的成本。

看市场情况：

1TB SSD 目前售价为 $569$ 元，比主流的 1TB 容量 TLC SSD $便宜$了 $30\%$ 左右， 性价比优势非常突出

QLC 更适合$大容量存储器$。

4. QLC NAND 带给我们什么"尴尬"?

4.1 性能倒车？

大家也见过QLC闪存的硬盘性能，虽然厂商给出的写入速度超过 1GB/s，但那都是靠着SLC缓存及全盘缓存、DRAM缓存之类的技术提升的，$缓存之外$的 QLC原始写入速度较低。

图中QLC SSD 在CrystalDiskMark测试中，顺序读取速度达到了2492MB/s，写入速度也有1935MB/s
(配置：群联PS5013-E13-31主控 + 美光原厂96层3D QLC NAND)

三星V6QLC闪存芯片的，相比较如今的V5QLC大约能提高了1倍，意味着纯 QLC 写入速度可达到320MB/s。

一般SLC 缓存有很多 GB, 所以只要你不是$连续写几十GB$ 的数据用掉SLC 缓存，你体验的还是 SLC 速度。 即便你现在把 SLC 缓存用完了，只要你让它$空闲几分钟$，SSD 在空闲时间会将 SLC 缓存的数据搬移到 TLC，这样又可释放出 SLC 缓存， 你感受到是 SLC 写入又回来了， 超 1GB/s。

即便是SLC 缓存用完，QLC 速度也是吊打机械硬盘。
不管是什么样的闪存， 缓存外速度都会降低，这是不可避免的。

小结： 相对 TLC 而言， $QLC性能是开倒车$，但带来的$性价比$一定是更高。 所谓的性能倒车， 并**$不会成为用户使用的瓶颈$**。

别忘了，你的网络带宽才是瓶颈额。

4.2 耐用性退化？

耐用性退化主要由写入而非读取造成， 所以说QLC 更适合大量读读场景。
由于每次 写入会造成单个 NAND 单元的细微退化，所以写入放大是磨损的主要因素。

驱动控制器FTL算法有助于 NAND 固态盘将磨损均匀分散到整个盘中。需要指出的是，繁重的随机写入会导致 NAND 固态盘相比顺序写入模式磨损更快，因为它们会导致更大的写入放大。

NAND 存储器的寿命耐用性，通常按照每日固态盘全盘写入次数（DWPD）衡量。额定 DWPD 为 0.25 的 5 年保修期 32TB QLC NAND， 表示每天写 8TB （8000 GB） 的化，可以使用五年。

为什么有人说耐用性退化呢？ 谈到QLC 耐用性，很多人都习惯用 QLC 物理块可擦除次数少来说事， 但这其实并没有现实意义。

实际用户每天写入数据量是有限的，不用太在意QLC 物理块可擦除次数， 32TB 写整卡才会把整个盘所有的物理块擦除次数增加 1。应该关注的是DWPD。

QLC 一定是用在大容量的， 至少是几TB。因为大容量，所以物理块多啊， 即便每个物理块可擦除次数变少了， 块数目多弥补了这个不足。

实际上 TLC 一般质保$三$年， QLC 一般质保$五$年。就是因为 QLC 容量大， 而我们每天的磁盘写入量是有限度的，所以容量越大，可使用的时间更长。

从Intel 的技术资料看， $TLC和QLC的可靠性并无差异$。

小结：
$实际耐用性并不会退化$。QLC 物理块可擦除次数少， 但因为大容量，所以物理块多。因为 QLC 容量大， 而我们每天的磁盘写入量是有限度的，所以容量越大，可使用的时间更长。

“大容量 QLC NAND 的寿命耐用性” 等于 你现在使用的 “小容量的 TLC NAND 固态盘耐用性”。

5. QLC NAND 发展趋势

在业界风向标ISSCC国际固态电路会议上，英特尔公布144层QLC的技术细节，而竞争者三星依然停留在92层，SK海力士、西部数据（铠侠）都是96层。在QLC领域，整体进展可谓是犹如$蜗牛$爬行一般，跟当初TLC迅速成为业界主流形成了鲜明对比。

图片来源： 百度百家号

• 单位面积存储容量更大 （Density）
• 更快的IO 速度
• 更低的 编程延时（program latency）和 擦除延时 (erase latency)
• 平面（Plane）更多, 提供并行数

6. QLC NAND 前景

目前的在线应用如在线会议、在线视频、在线教育等，更多表现为对存储器读取能力的需求上，一次性写入之后更多是从数据库进行数据的读取，而非频繁写入。因此，在这方面QLC存储器是有其应用优势的。

与传统HDD相比，QLC SSD更具性能优势。在企业级领域， QLC SSD将为服务器和数据中心带来更低的读延迟，使其更适用于AI计算，机器学习，实时分析和大数据中的读取密集型应用。

在消费类领域，QLC将率先在大容量U盘，闪存卡和SSD中普及。

读取密集型 读写混合 写入密集型
图片来源： 知乎 https://zhuanlan.zhihu.com/p/388772700

7. QLC NAND 离我们有多远

2020 年， 美光等大厂的第四代颗粒3D QLC产品也已经投入了市场，让广大消费者体验到了更高的容量、更低的价格、更快的读写性能。

$国产闪存$原厂长江存储也推出了 QLC 的致态 SSD。

2022 年 Solidigm(原Intel 存储) 发布了 2TB QLC SSD, 采用 PCIE 4.0 技术。

$QLC已来未热，你是否会接受QLC呢？$ 欢迎评论区留言。