Multi-Level Cell (MLC)

Was ist der Unterschied zwischen Enterprise-MLC und Consumer-MLC?

Multi-Level-Cell-Flash ist ein Flash-Medium, das leistungstechnisch zwischen Single-Level-Cell- (SLC) und Triple-Level-Cell- (TLC) Flash-Speicher rangiert. NAND-Flash hat eine begrenzte Anzahl von Schreibzyklen. Da Multi-Level-Cell-Flash im Allgemeinen preiswerter ist als SLC, wird er von den Herstellern elektronischer Verbrauchergeräte als Solid-State Storage bevorzugt.

Enterprise-Multi-Level-Cell-Laufwerke (eMLC) werden mit einer verbesserten Form von Multi-Level-Cell-Flash entwickelt, die eine größere Anzahl von Schreibzyklen aufnehmen kann. Es werden verschiedene Techniken eingesetzt, um eMLC für die Entwicklung kostengünstiger Solid-State-Laufwerke (SSDs) für Unternehmen zu nutzen. Zu diesen Techniken gehören Algorithmen zur Erhöhung der nicht wiederherstellbaren Bitfehlerrate, Over-Provisioning, Wear Leveling und Write Amplification. Die meisten dieser Techniken werden durch Software ermöglicht.

MLC-Flash-Speicher für Endverbraucher bieten einen Program/Erase-Zyklus von 3.000 bis 10.000 Schreibvorgängen, verglichen mit 20.000 bis 30.000 Schreibvorgängen bei eMLC.

GRAFIK

Multi-Level-Cell-Flash und Single-Level-Cell-Flash im Vergleich

Einer der Nachteile von Multi-Level-Cell-Flash ist seine höhere Bitrate im Vergleich zu Single-Level-Cell-NAND-Flash. Je mehr Bits eine Zelle enthält, desto weniger Schreibzyklen kann sie aufnehmen und desto größer ist die Wahrscheinlichkeit, dass Fehler auftreten.

Single-Level-Cell-Flash verwendet einen hochwertigen NAND-Speicher, der ein Bit pro Zelle speichert und sich immer in einem von zwei Spannungszuständen befindet: programmiert (0) oder gelöscht (1). Da es nur zwei Zustände gibt, können Daten in Single-Level-Cell-Flash schnell interpretiert werden, und es treten weniger Bitfehler auf. Da SLC-Flash jedoch weniger Datenbits pro Zelle speichert, gilt er im Allgemeinen als kostspieligere Form des Speichers als Multi-Level-Cell-Flash.

Das Potenzial von Multi-Level-Cell-Flash für mehrere Spannungszustände senkt die Herstellungskosten und hat zu einem weit verbreiteten Einsatz dieser Technologie in Mobiltelefonen, Digitalkameras, tragbaren Musikplayern und USB-Flash-Laufwerken geführt.

MLC-Flash-Memory-Karten haben in der Regel eine langsamere Übertragungsgeschwindigkeit und verbrauchen mehr Strom. Eine Multi-Level-Zelle ist in vier Zustände unterteilt, die durch den Grad der an die Zelle angelegten elektrischen Ladung bestimmt werden. MLC hat zwei Zustände, MLC-3 hat acht Zustände und MLC-4 hat 16 Zustände.

Das Zulassen mehrerer elektrischer Zustände kann auch zu höheren Fehlerraten bei Multi-Level-Flash-Zellen führen.

Wenn eine NAND-Flash-Zelle ihre Schreibgrenze erreicht, beginnt sie zu versagen, was zu einer Beschädigung der Daten führen kann. Um dies zu kompensieren, haben die Hersteller versucht, das Problem durch die Entwicklung intelligenterer Flash-Controller zu lösen.

Triple-Level Cell

Triple-Level-Cell-Flash verschiebt die Grenzen von NAND-Flash. Wie der Name schon sagt, speichert Triple-Level-Cell-NAND drei Datenbits pro Zelle. Triple-Level-Cell-NAND nutzt die Fortschritte in der Halbleiterprozessgeometrie, um eine höhere Dichte als planares NAND zu bieten.

Der Nachteil von Triple-Level-Cell-Flash liegt in der höheren Fehlerkorrektur, die erforderlich ist, um den komplexeren Signalverkehr zu entschlüsseln, der aus der Speicherung von mehr Bits pro Zelle resultiert. Meist sind Triple-Level-Cell-SSDs nur für hohe Lesevolumen im Einsatz.

3D-NAND-Flash-Speicher ist eine weitere Architektur für die Entwicklung von Flash-Chips. Bei 3D-NAND stapeln die Hersteller mehrere Schichten von Speicherzellen in einem vertikalen Layout. Die Stapelmethode reduziert elektrische Interferenzen, die bei einer Verkleinerung der Zellen auftreten. Für die Quad-Level-Cell-Technologie existieren beispielsweise 3D-NAND-Architekturen mit 64 oder 96 Schichten (Layer).