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3D QLC有多强?1.33Tb容量背后的技术创新

2019-06-22 20:48:00 分享

  固态硬盘正逐步从高性能存储走向全能存储,QLC闪存的问世将使固态硬盘撼动到传统机械硬盘市场。为了使QLC实用化,作为闪存世界缔造者的东芝都做了哪些工作?

  去年东芝宣布了96层堆叠的BiCS4 3D QLC闪存,虽然它还没有直接出现在固态硬盘当中,不过我们可以通过已经公开的资料了解到它背后的一些技术创新。

  BiCS4 QLC闪存有一些新的特性:Toggle 3.0接口(667/800 MT数据传输率)、高达每平方厘米8.5Gb的存储密度。闪存工作电压从1.8/3.3V降低至1.2/1.8V,低电压将带来更低的功耗,有利于高速固态硬盘控制温度。

  闪存接口提速和挑战:

  东芝BiCS4闪存升级为Toggle 3.0接口,闪存接口数据传输率从BiCS3的533Mbps提升至800Mbps,可降低闪存传输延迟、增强固态硬盘性能。

  为配合闪存接口提速,东芝使用了On Die Termination和ZQ Calibration两项技术。早在2010年,东芝就完成了On Die termination的技术储备,并在当年的FMS闪存峰会上发表。

  On Die Termination在闪存芯片中内置了一系列可智能控制的终端电阻,可消除通信线路中的信号反射。

  在闪存编程写入时,ODT特性会自动开启,增强信号完整性。

  而ZQ校准则是ODT技术的再次升级,它能够对闪存内集成的终端电阻进行自动校正,保障各种温度和电压变化之下的信号完整性。

  我们可以在东芝TR200 480GB(固件版本SBFA13.x)固态硬盘中见到提前应用了ODT技术的BiCS3 512Gb die闪存。

  存储密度提升和挑战:

  存储密度是闪存技术先进性的一个重要体现,它是单个闪存die存储容量与面积之比。QLC闪存每个存储单元比TLC多存储1比特数据,东芝BiCS4 96层堆叠3D QLC闪存的存储密度达到每平方毫米8。5Gb,超过了128层堆叠技术下3D TLC所能达到的每平方毫米7。8Gb。

  不过QLC也带来了新的技术挑战。闪存的读取是通过在控制极施加不同的参考电压来判断存储单元中的数据,为了在每个单元中存储4比特数据,QLC拥有16种阈值电压状态。

  不同状态之间的测量阈值相比TLC时变得更加紧凑和接近。

  而且阈值电压并非一成不变,而是会因写入干扰和读取干扰效应产生飘移,使得QLC闪存当中的数据更加容易出错。

  东芝通过Soft Bit Read、Shift Read、Self adjusting Read、Async.IPR等技术加强闪存的读取和纠错能力,将3D QLC的耐用性目标设定为等同TLC早期的水平——1000次擦写循环。可以说3D QLC是闪存制造技术的结晶,1.33Tb容量的背后凝结了大量的技术创新。

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