SLC 与 MLC的区别

这里突然提到的 SLC 和 MLC 是什么一回事呢？其实 SLC 就是我们上面所举的闪存存储单元那样，依靠阀值（已擦除）电压下源极-漏极是否有电流通过作为判断存储单元存放的信息到底是“1”还是“0”，因此每个 SLC 闪存晶体管可以存放一个二进制位元的信息。

其实单个晶体管存放一个二进制位元已经是不错的了，要知道 SRAM（静态随机存储器，例如 cache 就是属于 SRAM）需要 6 个晶体管（或者说 4 晶体管加两个电阻）才能存放一个二进制位元。

但是闪存市场这边的发展极快，如果能实现更高的存储密度，意味着能拿下更多的市场（通常也意味着更多的营收、利润），因此在 1992 年的时候，Intel就开始着手 MLC NOR 闪存的开发并在 1997 年正式推出产品。

MLC 的中文翻译是多电平存储单元或者多比特存储单元，是采用不同的阀值电压来控制浮栅内存放的电子电荷（电荷就是指电子所携带的电量），然后依据精确的电压控制和电流感应技术实现源极、漏极沟道导通判断，藉此获知这个存储单元内存放的两个或者更多个存储位元信息状态，这时候的闪存存储单元其实就是一个模拟器件 而非数字器件。

双位元 MLC 存储单元的位元信息与阀值电压判定分布
图中虚线与实线之间的部分代表了读取裕度
对于双位元 MLC 来说裕度一般在 0.8 伏特左右
如果是四位元 MLC，读取裕度会缩小到 0.15 伏特

在双位元 MLC 中，设置了三个电荷阀值分界点，共计可以有 4 个状态，这就可以实现单个存储单元（对闪存来说，一个晶体管就是相当于一个存储单元）存放两个二进制位元了。

通俗地说，浮栅相当于一个酒桶（或者你能想象的其它容器），电子电荷就相当于酒桶内的酒量，我们要知道还有没有酒的话，只需要在酒桶底部或者你认为的最低处安装一个水龙头，然后拧一下开关看看有没有酒出来就知道了，这就相当于 SLC 的情况。

对于一个 MLC 酒桶，能存放的酒量（电荷）没有增加，但是我们会在酒桶中部多安装一个水龙头，要知道酒桶上部有没有酒，那就先开上面的阀门，藉此就能知道酒桶不同部分的存酒状况，当然这也意味着需要额外的动作和更多的机关，故此 MLC 闪存的性能和可靠性也要低于 SLC。

MLC 闪存不仅仅可以实现单晶体管双位元，而且可以实现三位元乃至四位元，但是相对的放闪周期也会随之下降，这是因为放闪后隧穿氧化层中的电荷增加会导致识别电荷量的阀值电压分界逐渐偏离设计值，MLC 具有更多的阀值分界，因此出现识别分界偏离的时间要比 SLC 更短。

此外，温度变化、应力感应漏电流等也会导致界线偏移或者电荷量减少，这些问题导致存储单元失效的情况在 MLC 上都要比 SLC 更多、更早出现。

因此即使在上个世纪 90 年代末双位元 MLC（2LC)闪存商业化发布的同时实验室中已经有三位元 MLC，由于人们对其耐久度的担心，直到现在也很少有三位元 MLC（8LC）闪存产品大量上市 。

MLC 需要比 SLC 更复杂的控制电路技术以获得精确的电荷放置、电荷感知、电荷保持及纠错，而且放闪周期（双位元 MLC）只有 SLC 的 1/10，但是由于存储容量的倍增，双位元的 MLC 单位价格要比 SLC 便宜许多，配合错误纠正、阀值/边界余度控制技术（Intel称之为 HET 或者高耐久度技术）等可以提升 MLC SSD 的耐久度，因此现在企业级的 SSD 也都已经开始使用 MLC，这类 MLC NAND 闪存被称作 eMLC NAND 闪存。

NAND 闪存芯片的构成

正如我们前面所说的那样，NAND 闪存是基于存储块（block）为单位进行擦除动作的，不过除了存储块这个单位外，NAND 闪存还有存储页（page）这个单位，闪存的每次读写操作都是对整个存储页进行的。

美光 MT29F64G08CFACBWP-12 的 LUN、PLANE、BLOCK、PAGE 层次关系

以Intel和美光共同组建的 IMFT 公司出品的 25nm NAND 64Gb（8 GB）闪存（美光出品的芯片编号为 MT29F64G08CFACBWP-12）为例：

1、每枚闪存芯片中包含有两个物理管芯（die，也被称作是 LUN，即逻辑单元）。

25nm IMFT NAND FLASH 64Gb（8GB）闪存管芯 167mm^2

2、每个管芯内有两个存储平面（plane，也可以称作存储矩阵即 Memory Array），可以实现 Two-Plane 操作，即同时对奇、偶存储平面的存储页（相当于两个）执行读取操作、或者两个存储块执行擦除动作或者两个存储页执行写入动作，下面三张图所示的分别是写入、读取、擦除三类操作的单、双存储平面对比：

3、每个物理存储平面有 2048 个存储块（Block）。

4、每个存储块内有 256 个存储页（page），每个存储页内有 4320 个字节（4KB+224bytes），这里额外的 224 字节被称作备用空间，用于执行 ECC、系统指针等作用。

因此该芯片的物理容量为：

2dies*2planes*2048blocks*256pages*4320Byte=9,059,696,640Byte=8.4GB

不同制造工艺、不同容量的 NAND 闪存芯片的存储页、存储块大小可能会有不同，通常更精密制程的存储页会更大，更高密度的芯片存储页会更大。例如同样是 IMFT 25nm 的闪存芯片，256Gb 或者更大容量的存储页就是 8KB 而非 128Gb（以及 64Gb、32Gb）的 4KB。