MLC与SLC区别供参习.docx

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MLC与SLC区别供参习

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MLC与SLC区别

固态硬盘SSD是由闪存作为存储介质的硬盘方案（严格说是存储方案，只是习惯了硬盘叫法）.

闪存是一种存储介质，和内存最大的区别是断电后数据仍然不会丢失（这点有点和硬盘相似），全球最大的闪存供应商是三星，闪存产品现在被广泛应用于各个行业，特别是现在的手机，数码相机，摄像机，优盘......等等，都在大量采用闪存作为存储介质！

SLC和MLC分别是是SingleLayerCell单层单元和Multi-LevelCell多层单元的缩写，SLC的特点是成本高、容量小、速度快，而MLC的特点是容量大成本低，但是速度慢。

MLC的每个单元是2bit的，相对SLC来说整整多了一倍。

不过，由于每个MLC存储单元中存放的资料较多，结构相对复杂，出错的几率会增加，必须进行错误修正，这个动作导致其性能大幅落后于结构简单的SLC闪存。

　　储单元分为两类：

SLC（SingleLevelCell单层单元）和MLC（Multi-LevelCell多层单元）。

此外，SLC闪存的优点是复写次数高达100000次，比MLC闪存高10倍。

此外，为了保证MLC的寿命，控制芯片都校验和智能磨损平衡技术算法，使得每个存储单元的写入次数可以平均分摊，达到100万小时故障间隔时间（MTBF）。

　　对MLC和SLC两大架构现在网上存在一个普遍的认识误区，那就是大家都认为MLC架构的NAND闪存是劣品，只有SLC架构的NAND闪存才能在质量上有保障。

殊不知采用MLC架构的NAND闪存产品在2003年就已经投入市场使用，至今也没有见哪位用户说自己曾经购买的大容量CF、SD卡有质量问题。

可能你会说这是暂时的，日后肯定出问题，那么我们就先来回忆一下MLC的发展历程以及SLC目前的发展状况再来给这个假设做定论吧。

　　MLC技术开始升温应该说是从2003年2月东芝推出了第一款MLC架构NANDFlash开始，当时作为NANDFlash的主导企业三星电子对此架构很是不屑，依旧我行我素大力推行SLC架构。

第二年也就是2004年4月东芝接续推出了采用MLC技术的4Gbit和8GbitNANDFlash，显然这对于本来就以容量见长的NAND闪存更是如虎添翼。

三星电子长期以来一直倡导SLC架构，声称SLC优于MLC，但该公司于2004和2005年发表的关于MLC技术的ISSCC论文却初步显示它的看法发生了转变。

三星在其网站上仍未提供关于MLC闪存的任何营销材料，但此时却已经开发出了一款4Gbit的MLCNAND闪存。

该产品的裸片面积是156mm2，比东芝的90nm工艺MLCNAND闪存大了18mm2。

两家主流NAND闪存厂商在MLC架构上的竞争就从这时开始正式打响了。

除了这三星和东芝这两家外，现在拥有了英特尔MLC技术的IM科技公司更是在工艺和MLC上都希望超越竞争对手，大有后来者居上的冲劲。

MLC技术的竞争就这样如火如荼地进行着。

　　另一方面我们再来看看SLC技术，存取原理上SLC架构是0和1两个充电值，即每Cell只能存取1bit数据，有点儿类似于开关电路，虽然简单但却非常稳定。

如同电脑的CPU部件一样，要想在一定体积里容纳更多的晶体管数，就必须提高生产工艺水平，减小单晶体管体积。

目前SLC技术受限于低硅效率问题，要想大幅度提高制程技术就必须采用更先进的流程强化技术，这就意味着厂商必须更换现有的生产设备，投入大不说而且还是个无底洞。

而MLC架构可以一次储存4个以上的充电值，因此拥有比较好的存储密度，再加上可利用现有的生产设备来提高产品容量，厂商即享有生产成本上的优势同时产品良率又得到了保证，自然比SLC架构更受欢迎。

　　既然MLC架构技术上更加先进，同时又具备成本和良率等优势，那为什么迟迟得不到用户的认同呢。

除了认识上的误区外，MLC架构NANDFlash确实存在着让使用者难以容忍的缺点，但这都只是暂时的。

为了让大家能更直观清楚地认识这两种架构的优缺点，我们来做一下技术参数上的对比。

　　首先是存取次数。

MLC架构理论上只能承受约1万次的数据写入，而SLC架构可承受约10万次，是MLC的10倍。

这其中也存在一个误区，网上很多媒体都有写MLC和SLC知识普及的文章，笔者一一拜读过，可以说内容不够严谨，多数都是你抄我我抄你，相互抄来抄去，连错误之处也都完全相同，对网友很不负责。

就拿存取次数来说吧，这个1万次指的是数据写入次数，而非数据写入加读取的总次数。

数据读取次数的多寡对闪存寿命有一定影响，但绝非像写入那样严重，这个寿命值正随着MLC技术的不断发展和完善而改变着。

MLC技术并非一家厂商垄断，像东芝（Toshiba）已生产了好几代MLC架构NAND闪存，包括前不久宣布和美国SanDisk公司共同开发的采用最先进56nm工艺的16Gb（2gigabyte）和8Gb（1gigabyte）MLCNAND闪存，16Gb是单芯片的业内最大容量。

　　东芝在MLC闪存设计方面拥有经验与技术，去年东芝利用90nm工艺与三星的73nm产品竞争。

东芝90nmMLC闪存的位密度达29Mbits/mm2，超过了三星的73nm闪存（位密度为25.8Mbits/mm2）。

对于给定的存储密度，东芝闪存的裸片面积也比三星的要小。

例如东芝的4-Gbit90nmNAND裸片面积是138mm2，而三星的4-Gbit73nmNAND裸片面积是156mm2，这使东芝在成本方面更具竞争力。

三星方面现在正奋起直追，与东芝之间的竞争异常激烈。

再加上IMFT、海力士等厂商的参与，MLC技术发展势头迅猛，今天MLCNANDFlash写寿命还只有1万次，明天也许就会是2万次、3万次甚至达到与SLC同等级别的10万次，这是完全有可能的。

　　拿MLCNANDFlash的写寿命我们一起来算笔帐，假如近期笔者购买了一款2GB容量MP3播放器，闪存是东芝产的MLC架构NANDFlash，理论上只能承受约1万次数据写入。

笔者是个疯狂的音乐爱好者，每天都要更新一遍闪存里的歌曲文件，这样下来一年要执行365次数据写入，1万次可够折腾至少27年的，去除7年零头作为数据读取对闪存寿命的损耗，这款MP3播放器如果其它部件不出问题笔者就可以正常使用至少20年。

20年对于一款电子产品有着怎样的意义？

就算笔者恋旧，也不可能20年就用一款MP3播放器吧。

况且就算是SLC架构，闪存里的数据保存期限最多也只有10年，1万次的数据写入寿命其实一点儿也不少。

　　其次是读取和写入速度。

这里仍存在认识上的误区，所有闪存芯片读取、写入或擦除数据都是在闪存控制芯片下完成的，闪存控制芯片的速度决定了闪存里数据的读取、擦除或是重新写入的速度。

可能你会拿现成的例子来辩驳，为什么在同样的控制芯片、同样的外围电路下SLC速度比MLC快。

首先就MLC架构目前与之搭配的控制技术来讲这点笔者并不否认，但如果认清其中的原因你就不会再说SLC在速度方面存在优势了。

SLC技术被开发的年头远早于MLC技术，与之相匹配的控制芯片技术上已经非常成熟，笔者评测过的SLC产品数据写入速度最快能达到9664KB/s（KISSKS900），读取速度最快能达到13138KB/s（mobiBLUDAH-1700），而同样在高速USB2.0接口协议下写入速度最慢的还不足1500KB/s，读取速度最慢的也没有超过2000KB/s。

都是SLC闪存芯片，都是高速USB2.0接口协议，为什么差别会如此大。

笔者请教了一位业内资深设计师，得到的答案是闪存控制芯片效能低，且与闪存之间的兼容性不好，这类产品不仅速度慢而且在数据操作时出错的概率也大。

这个问题在MLC闪存刚投入市场时同样也困扰着MLC技术的发展，好在去年12月我们终于看到了曙光。

这就是擎泰科技（SkymediCorporation）为我们带来的新一代高速USB2.0控制芯片SK6281及SD2.0/MMC4.2的combo快闪记忆卡控制芯片SK6621，在MLCNAND闪存的支持与速度效能上皆有良好表现。

其所支持的MLC芯片已经达到了Class4的传输速度。

　　MLCNANDFlash自身技术的原因，只有控制芯片效能够强时才能支持和弥补其速度上的缺点，支持MLC制程的控制芯片需要较严格的标准，以充分发挥NAND闪存芯片的性能。

擎泰科技所推出的系列控制芯片经过长时间可靠性测试及针对不同装置兼容性进行的比对较正，已能支持目前市场主流的MLC闪存，如英特尔JS29F16G08CAMB1、JS29F08G08AAMB1，三星K9G4G08U0A、K9G8G08U0M、K9LAG08U0M、K9HBG08U1M，东芝TC58NVG2D4CTG00、TC58NVG3D4CTG00、TH58NVG4D4CTG00，美光（Micron）、海力士（Hynix）等等。

此外，藉由良好的韧体设计，可大幅提升性能，达到最高的存取速度，例如：

SK6621支持MLC可到Class4水准，其所支持SLC皆可支持到Class6的传输速度。

SK6281还达到了VistaReadyBoost速度的需求（EnhancedforWindowsReadyBoost），且支持单颗MLC时可达22MB/s的读取速度及6MB/s的写入速度，综合下来并不比SLC慢多少。

你手上的MP3播放器USB传输速度慢并不全是因为闪存芯片采用了MLC架构，它与控制芯片的关系要更加密切一些。

　　第三是功耗。

SLC架构由于每Cell仅存放1bit数据，故只有高和低2种电平状态，使用1.8V的电压就可以驱动。

而MLC架构每Cell需要存放多个bit，即电平至少要被分为4档（存放2bit），所以需要有3.3V及以上的电压才能驱动。

最近传来好消息，英特尔新推出的65纳米MLC写入速度较以前产品提升了二倍，而工作电压仅为1.8V，并且凭借低功耗和深层关机模式，其电池使用时间也得到了延长。

　　第四是出错率。

在一次读写中SLC只有0或1两种状态，这种技术能提供快速的程序编程与读取，简单点说每Cell就像我们日常生活中使用的开关一样，只有开和关两种状态，非常稳定，就算其中一个Cell损坏，对整体的性能也不会有影响。

在一次读写中MLC有四种状态（以每Cell存取2bit为例），这就意味着MLC存储时要更精确地控制每个存储单元的充电电压，读写时就需要更长的充电时间来保证数据的可靠性。

它已经不再是简单的开关电路，而是要控制四种不同的状态，这在产品的出错率方面和稳定性方面有较大要求，而且一旦出现错误，就会导致2倍及以上的数据损坏，所以MLC对制造工艺和控制芯片有着更高的要求。

目前一些MP3主控制芯片已经采用了硬件4bitECC校验，这样就可以使MLC的出错率和对机器性能的影响减小到最低。

　　第五是制造成本。

为什么硬盘容量在成倍增大的同时生产成本却能保持不变，简单点说就是在同样面积的盘片上存储更多的数据，也就是所谓的存储密度增大了。

MLC技术与之非常类似，原来每Cell仅存放1bit数据，而现在每Cell能存放2bit甚至更多数据，这些都是在存储体体积不增大的前提下实现的，所以相同容量大小的MLCNANDFlash制造成本要远低于SLCNANDFlash。

　　综上所述，MLC技术是今后NANDFlash的发展趋势，就像CPU单核心、双核心、四核心一样，MLC技术通过每Cell存储更多的bit来实现容量上的成倍跨越，直至更先进的架构问世。

而SLC短期内仍然会是市场的佼佼者，但随着MLC技术的不断发展和完善，SLC必将退出历史的舞台。

　　SLC（信令链路编码）

　　某个方向上的信令链路一般都编成一个组，叫信令链路组。

这条信令链路在这个组中的号码就是SLC。

SLC号是做数据的时候工程人员定义的。

目前在服务器领域上，服务器硬盘接口技术最常见的有三种：

SATA、SCSI和SAS等。

还有高端的光纤通道硬盘。

这里我们主要对SATA、SCSI、SAS接口技术，进行简单介绍。

服务器硬盘接口之SATA

SATA（SerialAdvancedTechnologyAttachment）是串行ATA的缩写，目前能够见到的有SATA-1和SATA-2两种标准，对应的传输速度分别是150MB/s和300MB/s。

SATA主要用于已经取代遇到瓶颈的PATA接口技术。

从速度这一点上，SATA在传输方式上SATA也比PATA先进，已经远远把PATA（并行ATA）硬盘甩到了后面。

其次，从数据传输角度来看，SATA比PATA抗干扰能力更强。

SATA-1目前已经得到广泛应用，其最大数据传输率为150MBps，信号线最长1米。

SATA一般采用点对点的连接方式，即一头连接主板上的SATA接口，另一头直接连硬盘，没有其他设备可以共享这条数据线，而并行ATA允许这种情况（每条数据线可以连接1-2个设备），因此也就无需像并行ATA硬盘那样设置主盘和从盘。

（如图1）

另外，SATA所具备的热插拨功能是PATA所不能比的，利用这一功能可以更加方便的组建磁盘阵列。

串口的数据线由于只采用了四针结构，因此相比较起并口安装起来更加便捷，更有利于缩减机箱内的线缆，有利散热。

服务器硬盘接口之SCSI

SCSI（SmallComputerSystemInterface）是一种专门为小型计算机系统设计的存储单元接口模式，可以对计算机中的多个设备进行动态分工操作，对于系统同时要求的多个任务可以灵活机动的适当分配，动态完成。

SCSI规范发展到今天，已经是第六代技术了，从刚创建时候的SCSI（8bit）、WideSCSI（8bit）、UltraWideSCSI（8bit/16bit）、UltraWideSCSI2（16bit）、Ultra160SCSI（16bit）到今天的Ultra320SCSI，速度从1.2MB/s到现在的320MB/s有了质的飞跃。

目前的主流SCSI硬盘都采用了Ultra320SCSI接口，能提供320MB/s的接口传输速度，转数可达万转以上。

SCSI硬盘也有专门支持热拔插技术的SCA2接口（80-pin），与SCSI背板配合使用，就可以轻松实现硬盘的热拔插。

目前在工作组和部门级服务器中，热插拔功能几乎是必备的。

服务器硬盘接口之SAS

SAS是SerialAttachedSCSI的缩写，即串行连接SCSI。

2001年11月26日，Compaq、IBM、LSI逻辑、Maxtor和Seagate联合宣布成立SAS工作组，其目标是定义一个新的串行点对点的企业级存储设备接口。

SAS技术引入了SAS扩展器，使SAS系统可以连接更多的设备，其中每个扩展器允许连接多个端口，每个端口可以连接SAS设备、主机或其他SAS扩展器。

为保护用户投资，SAS规范也兼容了SATA，这使得SAS的背板可以兼容SAS和SATA两类硬盘,对用户来说，使用不同类型的硬盘时不需要再重新投资。

目前，SAS接口速率为3Gbps，其SAS扩展器多为12端口。

不久，将会有6Gbps甚至12Gbps的高速接口出现，并且会有28或36端口的SAS扩展器出现以适应不同的应用需求。

总结:

由于服务器硬盘接口SCSI具有CPU占用率低，多任务并发操作效率高，连接设备多，连接距离长等优点，对于大多数的服务器应用，建议采用SCSI硬盘，并采用最新的Ultra320SCSI控制器;SATA硬盘也具备热插拔能力，并且可以在接口上具备很好的可伸缩性，如在机架式服务器中使用SCSI-SATA、FC-SATA转换接口，以及SATA端口位增器（PortMultiplier），使其具有比SCSI更好的灵活性。

对于低端的小型服务器应用，可以采用最新的SATA硬盘和控制器。

确定了服务器硬盘接口类型后，就要重点考察上面提到的影响硬盘性能的技术指标，根据转速、单碟容量、平均寻道时间、缓存等因素，并结合资金预算，选定性价比最合适的硬盘方案。

SATA接口

  SATA接口又被称之为“串行接口”，所以现在采用SATA接口的硬盘都被习惯的叫做串口硬盘。

SATA接口发展至今主要有3种规格，其中目前普遍使用的是SATA-2规格，传输速度可达3GB/秒。

SATA-3接口除了将传输速率提高到了6GB/秒之外，还对诸多数据类型提供了读取优化设置。

SCSI接口

  SCSI接口的服务器硬盘是现在多数服务器中采用的一种，它具有数据吞吐量大、CPU占有率极低的特点：

用于连接SCSI接口硬盘的SCSI控制器上有一个相当于CPU功能的控制芯片，能够替代CPU处理大部分工作;现在普遍采用的Ultra320标准的SCSI接口硬盘，数据传输率可达320MB/秒。

SCSI对磁盘冗余阵列（RAID）的良好支持，可以满足有大数据存储的企业环境，同时数据安全性也有保障；再者，SCSI硬盘的转速早已高达15000rpm，这让企业数据中心的处理性能得到了保障；再次，其较低的CPU占用率以及多任务的并行处理特性，都可为成长型企业环境提供较强力的数据处理及存储支持。

SAS接口

“SAS”就是串行连接SCSI的意思，简单理解就是SCSI接口技术的升级改良，目的就是进一步改进SCSI技术的效能、可用性和扩充性。

更好的空间占用特点使得这种接口的硬盘可以广泛部署在刀片服务器中。

  比起同容量的Ultra320SCSI硬盘，SAS硬盘要贵一些，这主要还是缘由其更好的扩展性、兼容性以及更可靠的容错能力。

而从从服务器市场来看，国内外主力服务器厂商都已经纷纷推出采用SAS硬盘的机型，只是具体产品的应用和市场状况有所不同。

比如定位于部门级应用的惠普ProLiantDL380G5、适用于流媒体服务及电子商务的IBMSystemx3650M2等，都提供了SAS硬盘的全面支持。

  SCSI性能良好，但传统的SCSI正接近实际服务周期的尾声。

在目前的SCSI电缆条件下，320MBpsSCSI并行接口的速度已无法加快。

相比之下，SATA驱动器的速度即将达到600MBps，SAS驱动器的速度有望达到1200MBps。

SATA驱动器还能在SAS接口中运行，因此这两种驱动器能在同一存储系统中联合使用。

扩展性和数据传输性能都将超越SCSI。

随着硬件的更新，SCSI将会被SAS/SATA驱动器有序替代，速度更快，连接性能更好。

光纤接口

光纤通道（FC，FibreChannel）是一种为提高多硬盘存储系统的速度和灵活性才开发的接口，其可大大提高多硬盘系统的通信速度。

对于大型的ERP系统，或是在线实时交易系统等需要更大传输量、更快反应速度的应用环境而言，此类接口的服务器硬盘是最好的选择;当然其产品价格自然也就更高于前面几种。

  确定了硬盘的接口和类型后，就要重点考察硬盘性能的技术指标，根据转速、单碟容量、平均寻道时间、缓存等因素，并结合资金预算，选定性价比最合适的硬盘方案。

国内几家服务器生产商也会参考这类标准，像百联创智也能提供性价比合适的百联丰各种系列的服务器硬盘方案。

固态硬盘凭借着噪声小、耗能低、速度快等特点被广大消费者认可，固态硬盘的一种类型是SSD固态硬盘，究竟什么是SSD固态硬盘？

SSD固态硬盘都有哪些类别？

SSD固态硬盘有哪些特点？

我们将会在下面的文章中为大家一一解答。

SSD固态硬盘的英文名称为：

SolidStateDisk，可以应用于台式机、笔记本、移动设备、游戏机等，加速启动，提高性能，同时降低功耗。

SSD固态硬盘的类别基于闪存的SSD：

采用FLASH芯片作为存储介质，这也是我们通常所说的SSD。

它的外观可以被制作成多种摸样，例如：

笔记本硬盘、微硬盘、存储卡、优盘等样式。

这种SSD固态硬盘最大的优点就是可以移动，而且数据保护不受电源控制，能适应于各种环境，但是使用年限不高，适合于个人用户使用。

由于采用FLASH存储介质，它内部没有机械结构，因此没有数据查找时间、延迟时间和寻道时间。

众所周知，一般硬盘的机械特性严重限制了数据读取和写入的速度，而SSD固态硬盘在操作系统中就是一个普通的盘符，用户可以完全把它作为存储介质来使用。

基于DRAM的SSD：

采用DRAM作为存储介质，目前应用范围较窄。

它仿效传统硬盘的设计、可被绝大部分操作系统的文件系统工具进行卷设置和管理，并提供工业标准的PCI和FC接口用于连接主机或者服务器。

应用方式可分为SSD硬盘和SSD硬盘阵列两种。

它是一种高性能的存储器，而且使用寿命很长，美中不足的是需要独立电源来保护数据安全。

SSD固态硬盘的优点速度快。

根据相关媒体测试：

在同样配置的笔记本电脑下，运行大型图像处理软件时能明显感觉到SSD固态硬盘无论在保存还是在打开文件时都更快。

当按下笔记本电脑的电源开关时，搭载SSD固态硬盘的笔记本从开机到出现桌面一共只用了18秒，而搭载传统硬盘的笔记本总共用时31秒，差距还是相当大的。

耐用防震。

因为全部采用了闪存芯片，所以SSD固态硬盘内部不存在任何机械部件，这样即使在高速移动甚至伴随翻转倾斜的情况下也不会影响到正常使用，而且在笔记本电脑发生意外掉落或与硬物碰撞时能够将数据丢失的可能性降到最小。

无噪音。

SSD固态硬盘工作时非常安静，没有任何噪音产生。

得益于无机械部件及闪存芯片较小的发热量小、散热快等特点，SSD固态硬盘因为没有机械马达和风扇，工作噪音值为0分贝。

重量轻。

SSD固态硬盘比常规1.8英寸硬盘重量轻20-30克，可千万别小看这些重量，在笔记本电脑、卫星定位仪等随身移动产品上，更小的重量有利于便携。

此外，重量的减轻也使得笔记本搭载多块SSD固态硬盘成为可能。

SSD固态硬盘当前的困境

目前阻碍SSD固态硬盘普及的最主要因素就是产品售价。

其次，SSD固态硬盘的容量还无法完全满足用户的需求，以笔记本电脑为例，主流产品均配备了250GB硬盘，而SSD固态硬盘最高容量仅为128GB。

再次，缺乏终端设备的支持也是SSD固态硬盘所面临的另一大问题。

SSD是摒弃传统磁介质，采用电子存储介质进行数据存储和读取的一种技术，突破了传统机械硬盘的性能瓶颈，拥有极高的存储性能，被认为是存储技术发展的未来新星。

SSD的发展

在过去的20多年间，CPU发展迅速，主频不断提升，从单核、双核、再到多核；内存也相继得到发展，从SDRAM到DDR、从DDR到DDR2再到DDR3；硬盘的容量和速度也得到了相应的提高。

接口从PATA变成了SATA，SCSI变成了SAC，垂直记录技术在容量上的突破，但仍未能改变硬盘彩磁记录的方式。

随着人们对数据需求增多，存储系统的瓶颈越来越明显。

而在嵌入式领域移动设备和工业自动化控制等恶劣环境下，传统硬盘机械结构已经无法满足要求，而所有这一切随着固态存储（SSD）的到来改变。

固态存储并不是一个新鲜和前沿的技术，早在存储技术发展之初，固态存储就作为存储领域的一个分支技术方向，默默无闻的向前发展延伸。

经过多年的研究和进步，在传统磁盘存储性能停滞不前的今天，固态存储却犹如一朵奇葩，在越来越多的应用领域静悄悄的盛开。

据了解，SSD最早在1990年年中登场，当时相对于硬盘更为出色的性能以及高昂得多的成本，使其长期被限制在军事、航天等特殊领域里应用。

随着SSD固态移动硬盘技术的发展和闪存价格的持续走低，SSD固态移动硬盘的普及已是大势所趋，其更新换代所带来的市场机会和利润空间十分巨大。

IDC调查研究表明，2010年固态盘采用率将继续呈明显增长趋势，出货量有望实现54%的年复合增长率，超出2008～2013年的预测期。

到2012年固态盘的年复合增长率将达到70%，其中企业