2.66T容量起步 3D QLC快閃記憶體1000次擦寫壽命可還行？

不知道大家還記不記得TLC快閃記憶體剛出來那會兒，只有500PE的寫入壽命讓不少人把固態硬碟供起來用，RAM緩存甚至是RAMOS都搞出來，盼不得不寫一丁點數據進去。如今3D QLC將至，3D快閃記憶體究竟怎樣逆轉了快閃記憶體壽命越來越低的趨勢？

3D結構讓存儲單元間距拉大

因為存儲單元間的干擾隨間距縮小而增大，半導體製程越先進的快閃記憶體耐久度越低。3D快閃記憶體從平面到垂直方向發展，使得空間上的矛盾暫時得到了緩解。這是3D快閃記憶體能夠提升耐久度的一個原因。

結構改變讓3D快閃記憶體更耐用

這裡說的結構並不是3D堆疊結構，而是指單個快閃記憶體存儲單元的結構從Floating Gate浮柵型變為Charge Trap電荷捕獲型。

快閃記憶體本質上是用電子來表達數據，由於電子進入浮動柵極後不能輕鬆逃脫，所以快閃記憶體能夠在關機斷電之後持續保存數據。

平面快閃記憶體使用Floating Gate浮柵型結構，電子可以在浮柵中自由移動，尤其是隨著擦寫次數增加，浮柵層下方的氧化層老化，其中存儲的數據就更容易因漏電而出錯。

而3D快閃記憶體改用Charge Trap電荷捕獲型結構，電子被絕緣材料CT層捕獲，就像進入陷阱一樣難以逃脫，氧化層老化後電子也不容易從中脫離造成漏電和數據出錯。簡單來說，電子在老式Floating Gate中就像水裡一樣可以遊動，而在新式Charge Trap中就像是困在乳酪里難以動彈，顯然，使用Charge Trap的3D快閃記憶體就比平面快閃記憶體更耐用了。

很多科普圖片中誤把疊Die當作3D堆疊來講解，從平面到3D的轉換不僅僅是從平面到垂直那麼簡單，上圖可以看到3D Charge Trap的結構發生了極大改變，圓柱形的分層結構使得它在垂直方向上可以不斷重複和延伸。下圖所示為東芝BiCS3快閃記憶體結構圖，藍色部分為Charge Trap電荷捕獲層，電子就被牢牢捕獲在這裡。

無數個電荷捕獲存儲單元組成了快閃記憶體陣列，多個陣列組成一個快閃記憶體晶粒，多個晶粒通過疊Die被封裝在一起，最終形成了我們在固態硬碟拆解中看到的快閃記憶體顆粒。

LDPC糾錯給快閃記憶體延壽

在平面快閃記憶體時代使用BCH糾錯演算法，而3D快閃記憶體則搭配了更先進的LDPC糾錯演算法，成倍提升快閃記憶體的寫入壽命。東芝發明的QSBC糾錯碼更是比普通LDPC糾錯的糾錯能力強出8倍。先進的糾錯演算法也令3D快閃記憶體壽命更長。

容量更大壽命也更長：

家用電腦對硬碟的寫入量基本是固定的，固態硬碟容量越大，意味著平均到每個快閃記憶體單元的擦寫次數越少。容量提升也就變相地使固態硬碟更耐久。

東芝已經開始生產96層堆疊的BiCS4快閃記憶體，並首次引入了QLC類型——每個單元可存儲4比特數據，比TLC類型多出33%。BiCS4 3D QLC的存儲密度可達到單個快閃記憶體晶粒166GB，如果搭配16Die封裝（一個顆粒封裝16個小晶粒）就可以達到2.66TB的單顆容量。

只消來上4顆這樣的快閃記憶體顆粒，就輕鬆超越當前大多數機械硬碟的容量。而對於企業級固態硬碟來說，它們可以用更多的顆粒實現超過100TB的海量單盤存儲空間。

稍早前，東芝已經宣布3D QLC快閃記憶體會保障1000PE以上的擦寫壽命，遠超TLC快閃記憶體問世初期的水平，再加上更大的存儲容量，固態硬碟取代機械硬碟指日可待。

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