关于TLC的定义以及TLC闪存颗粒的缺点详解

“TLC真的不好吗？”苹果在目前的64GB/128GB iPhone 6/6 Plus机型中使用了SK Hynix，Toshiba和SanDisk的TLC闪存芯片，而这被认定为iPhone 6频繁闪退，重启死机的主因（官方还未承认）。

那么什么是TLC呢？

TLC是一种闪存颗粒的存储单元，它的英文是TLC = Trinary-Level Cell，即3bit/cell。在TLC发明之前，固态硬盘大部分采用SLC和MLC，即Single-Level Cell单层单元和Multi-Level Cell多层单元。早在去年三星840evo固态硬盘就采用了TLC芯片，后来被发现存在老数据读取速度下降的问题，三星坚称，问题源于闪存管理算法失误，并不是TLC闪存颗粒的毛病。

目前来说，大部分的固态硬盘采用MLC颗粒，极少高端的产品采用SLC颗粒，因为价格的问题部分入门级固态硬盘采用了TLC颗粒。从成本采购上来看，TLC的价格相对于MLC来说要便宜不少，更别提是SLC。

为什么TLC不好呢？

在小编之前的测试中，尤其是固态硬盘的读写速度上，采用TLC芯片的三星840evo和采用MLC的金士顿在读取速度方面几乎都超过了180MB/s，从简单的速度测试上两者的性能并没有差。但其实工作原理决定着TLC有致命的硬伤。

寿命

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，虽然简单却非常稳定。MLC架构可以一次储存4个充电值（00， 01， 10， 11），因此拥有比较好的存储密度，TLC能一次性存储8个充点值（000， 001， 010， 011， 100， 101， 110， and 111），因此密度更高，当然成本更低。

寿命问题就是因为它的工作原理上：

当你要写入数据，需要在控制栅极施加电压，而源极和漏极的电压都为0V。电压形成一个电场，这样电子就可以通过二氧化硅这层绝缘体从N通道进入到浮点栅极。这个过程通常也被成为“隧穿”。想要删除存储单元，需要在P型半导体施加电压并且保持控制栅极的电压为0。电场形成后电子就可以通过二氧化硅层。这就是NAND闪存在重新写入新数据之前必须要删除原来数据的原因：你必须要先把原来的电子释放掉，然后才能重新进入电子。问题是二氧化硅绝缘层的厚度只有10纳米的厚度，它并不是永不磨损的金刚之躯。在每一次的“隧穿”之后，它都会有磨损。当二氧化硅最终破损后，原子键破裂。

SLC能够容忍更多的电压状态的变化，因为它本身只有两种电压状态。但是在TLC闪存中，存储单元中有八种电压状态，这样硬盘的容错能力就十分有限了。这正是问题所在，SLC闪存拥有更大的电压空间，因此它能够容忍跟高的电压峰值变化，直到整个Block因为擦除数据过慢而停止工作。这就是SLC闪存拥有更高擦写次数的原因。用户可以删除或者写入数据的次数要更长。而TLC的电压容忍率最低，因此TLC闪存的擦写次数自然最低。所以目前大多数的TLC的写入次数只有1000次左右。耐用性（寿命）正是TLC的致命软肋。

当然寿命可以通过控制芯片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，但对于TLC而言这还不足够好。依旧再用840evo举例，国外有达人做个一个耐用性测试，编程/擦写循环（P/E）次数大概是1064次，也就是说250GB的终生数据写入量也就在270TB左右。

128GB iPhone 6 就算你用三年，你能写入数据达到130TB吗？这或许就是胆大的苹果敢使用TLC的主要原因。不过据说，苹果最近也在考虑更换TLC闪存的事情，当然一切还没有最终的消息。