存儲芯片的電壓演進

在此前的文章中已經(jīng)講過存儲芯片壽命降低的緣由：隨著SLC—MLC—TLC的進化，存儲顆粒能夠在基本不增加晶體管規(guī)模的情況下實現(xiàn)容量翻倍，但代價是操控存儲單元的電壓也從2種變成了4種(MLC)、8種(TLC)，頻繁切換指令給晶體管承受的電流沖擊亦變本加厲，導致故障率猛增。從道理上來說，和反復開關家用電器會影響使用壽命的原理是差不多的。

這樣發(fā)展下去的結(jié)果是TLC的下一代——已經(jīng)實物化了的QLC要依據(jù)16種電壓規(guī)格進行寫入操作，其壽命短到只能作為一次性存儲器使用。

MLC壽命變差的原理

現(xiàn)在不妨拋開顆粒發(fā)展的問題，只停留在還算成熟和穩(wěn)定的MLC上，看看不同時代的MLC顆粒有哪些變化。

在《固態(tài)硬盤發(fā)展之殤：漸行漸遠的企業(yè)存儲方案》有一張圖是用來描述固態(tài)硬盤對于ECC校驗依賴性的，不過其中的一些其他信息成為了本文的重要內(nèi)容。

在這張圖里除了顯示出SSD固態(tài)硬盤對于ECC校驗越來越依賴之外，在橫軸上列舉了5種類型的存儲顆粒，分別是SLC、50納米工藝的MLC、 30納米工藝的MLC、20納米工藝的MLC以及TLC，中間的三種MLC的壽命又是什么情況呢?在圖中可以很清楚的看到，50納米MLC的壽命是 10000次，依賴于4bit ECC校驗，30納米MLC的壽命是5000次，依賴于8bit ECC校驗，而20納米MLC的寫入壽命是3000次，依賴15bit ECC校驗。

也就是說同樣是MLC顆粒，隨著制造工藝的提升，晶體管也朝著越來越脆弱的方向發(fā)展了，如果不是ECC校驗規(guī)格不斷提升，MLC的寫入壽命也隨著工藝進步在以不可思議的速度衰退。

ECC校驗會占用一定的性能，這部分要依賴于主控芯片，幸好主控芯片的性能提升幅度比較大，讓SSD廠商得以從軟件上彌補硬件的不足。不過工藝提升的道路是無休止的，最駭人聽聞的事情還是出現(xiàn)了。

新工藝帶來的不僅是壽命問題

今年的CES，SSD固態(tài)硬盤廠商鎂光發(fā)布了新品：Crucial M500系列SSD固態(tài)硬盤，將2.5寸固態(tài)硬盤的容量提升到了960GB。從參數(shù)表上來看，960GB的產(chǎn)品似乎還不錯，讀取500MB/s，寫入 400MB/s，4K讀寫都達到了80K IOPS，三年質(zhì)保。

然而就像你永遠無法從筆記本或者手機的參數(shù)表里知道所有重要信息一樣，如果深究起來，20nm工藝制造的128Gbit存儲顆粒問題也不少。

這張圖列舉了MLC顆粒在50納米到20納米之間的性能差異，而960GB固態(tài)硬盤使用的就是最后一組，即20納米128Gbit存儲顆粒。這張圖已經(jīng)清楚的將工藝提升帶來的性能參數(shù)全面衰退記錄了下來，尤其是前一頁提到的壽命縮水，MLC壽命已經(jīng)隨著工藝提升縮水掉了70%。

但是很意外的是除了壽命縮水之外，MLC引以為傲的性能優(yōu)勢也被新工藝抹殺掉了。這張圖沒有將TLC的性能規(guī)格放進去做對比。如果這件事由我來代勞的話，可以看到這樣一組對比數(shù)據(jù)。

本圖中的MLC是指50納米版本，因此要結(jié)合前面一張圖最后一列看。TLC的讀取延遲是75us，20納米MLC是115us，TLC編程延遲是900到1350us，而20納米MLC是1600us，擦除延遲TLC是4.5ms，20納米MLC是3.8ms。也就是說，新工藝MLC在某些關鍵參數(shù)上甚至還不如天生不靠譜的TLC。

測試數(shù)據(jù)驗證MLC性能退步

如果將上面這些理論落實到評測數(shù)據(jù)里，國外媒體Anandtech通過測試數(shù)據(jù)證實了20nm MLC究竟有多差勁。以下是一部分參考截圖。

測試數(shù)據(jù)總結(jié)下來就9個字：速度慢延遲長功耗高。不過對于廠商來說，工藝提升意味著成本降低，任何負面都是無法阻止工藝提升的腳步的，用戶能做的只有慢慢習慣性能越來越差的新產(chǎn)品。

說到最后再提一個假設：是不是在某個時間點，企業(yè)級的芯片存儲和民用級的芯片存儲會因為訴求分歧過大而徹底分道揚鑣?

yuanjiaju