TLC洪水猛獸來了，SSD還能放心買嗎？

SSD目前主流的快閃記憶體分為SLC、MLC，TLC，當然後面還有3D-V NAND和XPOINT暫且不談

SLC = Single-Level Cell，即1 bit per cell，只存在0和1兩個充電值，結構簡單但是執行效率高。

特點：傳輸速度快，延遲小、壽命長。

由於每個存儲單元包含的信息較少，其每百萬位元組需花費較高的成本來生產，由於成本過高你基本上只會在高端的企業級SSD上見到它，流入到消費級上的包括淘寶可以收購到的散片基本都是非原封的白片或者壞盤的拆機正片。

MLC = Multi-Level Cell，即2 bit per cell，有00,01,10,11四個充電值，

因此需要比SLC更多的訪問時間，不過每個單元可以存放比SLC多一倍的數據。MLC快閃記憶體相比SLC快閃記憶體而言降低了生產成本，但與SLC相比其傳輸速度較慢，延遲也比SLC快閃記憶體高。

特點：傳輸速度一般，延遲一般，壽命一般

TLC = Trinary-Level Cell，即3 bit per cell，有000，001，010，011，100，101，110，111八個充電值，

因此需要比MLC更多的訪問時間，每個單元可以存放比MLC多1/2的數據，所需訪問時間比MLC更長，延遲比MLC更高，傳輸速度相比MLC更慢。

TLC優勢價格便宜，每百萬位元組生產成本是最低的，但是壽命短。

特點：傳輸速度低，延遲高，壽命短。

TLC快閃記憶體的優勢是容量更大，成本更低，舉例來說，同樣的晶體管電路做成16Gb的SLC快閃記憶體，那麼變成MLC則可以做成32Gb，做成TLC快閃記憶體則可以得到48Gb的容量，這對廠商來說大大降低了成本。成本低才有利潤，這也是TOSHIBA、IMFT，SAMSUNG不停大批轉產TLC的原因，一句話：有奶便是娘。

我們看到廠家忽悠我們的時候經常可以看到P/E的概念，全稱Program/Erase Cycle其實就是快閃記憶體的可擦寫次數，簡單來說一個64GB的快閃記憶體，如果說壽命是3000P/E的話，那麼出廠的預期壽命是可擦寫量3000X64GB，是否經得起長時間的數據寫入，這仍然是一個無解的答案，快閃記憶體的壽命永遠伴隨著RP好壞而存在。

快閃記憶體工藝的提升對於TLC的有利有弊：

弊：基本存儲單元柵極上的氧化層化學鍵越來越難以控制，導致P/E次數隨著工藝的提升而縮減，TLC的P/E次數約為1000。

利：單顆快閃記憶體的密度和容量已經得到了大幅提升，SSD對快閃記憶體的讀寫原理是基於均衡磨損的，所以TLC可以依靠不斷增大的容量來減少單個基本存儲單元的磨損，以提升產品的使用壽命，所以TLC的SSD的壽命而言512GB:256GB:128GB=4:2:1，所以一句話：TLC寧買大不買小。

自從入了群輝DS716+II以後，發現這款NAS支持SSD作為讀緩存使用，本來是一個金勝128G的SSD作為希捷8T HDD的讀緩存使用，隨著HDD的數據越來越多，128GB的SSD做讀緩存也力不從心了，家裡一堆SSD都是大容量很好的盤，捨不得放在NAS上用，於是就尋思著上京東整一塊240-256GB的SSD給群輝做讀緩存使用，看來看去也就金士頓UV400，OCZ T150，浦科特M7V這些盤，無意中發現京東默默多了一塊建興的睿速V5S的盤，竟然無人問津，好奇心起來了，手賤直接點一塊回來看看是什麼貨色，順便混個首曬。

SSD的外觀其實真沒啥可看的，尤其是SATA，就是天價的企業級也就那麼回事。

逢盤必拆的作風一直沒改變過，有電吹風大法加持，在不影響保修的前提下拆啥的難度都不是很大，很意外的在於這個PCB也確實太小了，讓我想起了以前拆過的閃迪SSD PLUS 240GB。

正面：

主控：SMI 2258

緩存：南亞NT5CC256M16DP-D1( 512MB DDR3 1600)

快閃記憶體：SKhynix H27QFG8PEM5R(64GB 16NM TLC)X2

背面：

快閃記憶體：SKhynix H27QFG8PEM5R(64GB 16NM TLC)X2

這個盤的有點特殊在於256GB的盤用了512MB的緩存晶元，而且TLC沒有採用大OP操作成240GB賣，而是完整的全盤容量256GB。從硬體結構上來說，這塊和他的同胞兄弟浦科特僅在國外發行的S2是如出一轍，但是固件可能是不同的而已。

對於TLC快閃記憶體支持度和糾錯上比較成熟的主控 市面上常見的有以下幾種：

慧榮SMI：SMI2258 SMI2260

其中以INTEL 540S和600P最有代表性

群聯PH：PS3111-S11

S11主控目前國內使用最多的是影馳戰將系列，快閃記憶體大多為群聯打包主控一併銷售給影馳的自封片TLC。

美滿MARVELL：MV 88SS1074

其中以金士頓UV400和浦科特M7VC最具有代表性。

當然獨佔的主控比如三星PM961使用的的Polaris主控和EVO廣泛使用的MEX MGX主控對TLC的支持已經相當的成熟，但是只限於三星自家使用。

從主控而言，我對於SMI家的主控用過的比較多，了解程度也相對較為深刻。

SMI2246XT：最知名的莫過於閃迪SSD PLUS 240GB了，無緩存，但是僅僅支持MLC，所以往往採用這種主控的盤只能使用MLC的快閃記憶體。

SMI2246EN：最大路的產品了，從建興的ZETA系列，到浦科特的M6V，再到閃迪SSD PLUS的480GB的部分產品都可以見到這個主控的身影，這個主控最大的優勢就是方案成本低，性能也有那麼回事，配上MLC還是不錯的選擇，由於不支持LDPC糾錯僅僅支持BCH ECC糾錯，所以配上TLC的話，並不妥當，建議就是選擇MLC產品。

SMI2260：說道這款針對3D TLC開發的支持LDPC軟硬糾錯的NVME主控不得不說到INTEL 600P了，最近的銷售明星，第一次INTEL這麼良心的價格去賣一款NVME產品，雖然效能相比SATA AHCI並不佔優勢，但是對於NVME SSD的普及是做出了巨大的貢獻的，同時也幫INTEL清了大批的TLC第一代庫存功不可沒。儘管買得起NVME盤的看不上600P，但是NVME的600P只是賣一個SATA盤的價格，所以大V們一邊大呼此盤性能太爛，一邊卻剁手頂起了京東如潮的銷量。

SMI2258是針對3D TLC開發的支持LDPC軟硬糾錯的AHCI主控，對SMI2256基礎上的改進款，INTEL的540S就是個中代表。

閱讀是個很享受也是相對很痛苦的過程，尤其是看引用和摘抄，看多了人會產生反感，那麼簡單的提煉出特點加以自己的理解是最適合閱讀的方式。

這個SMI2258主控有幾個明顯的特點：

1、更好的支持SLC CACHE

2、基於LDPC糾錯的NANDXtend™

3、支持TLC以及3D TLC

4、四通道每通道最大支持8CE，共32CE。

要性能，你就要看是否支持32CE的最大容許度和是否支持SLC Cache

要安全，LPDC糾錯是必須有

SLC快閃記憶體時代，顆粒很好，一般給個8bit/1KB的BCH ECC糾錯都可以很壯碩

MLC快閃記憶體時代，顆粒一般，一般要有個40bit/1KB的BCH ECC糾錯才合格，比如東芝對MLC的壽命解釋：

24bits/1KB ECC 糾錯時可以有1000P/E次數，40bits/1KB ECC糾錯時可以有3000P/E次數，在P/E次數到時數據保存期為1年以上。

1、24bits ECC糾錯時，P/E 次數到1000次時，數據存放1年後，1KB數據出錯的比特數小於24

2、40bits ECC糾錯時，P/E 次數到3000次時，數據存放1年後，1KB數據出錯的比特數小於40

3、24bits ECC糾錯時，P/E 次數大於1000次時，沒法 保證數據存放1年後，1KB數據出錯的比特數小於24

4、40bits ECC糾錯時，P/E 次數大於3000次時，沒法 保證數據存放1年後，1KB數據出錯的比特數小於40

這就是BCH ECC糾錯的級別和MLC快閃記憶體P/E之間的關係

那麼到了TLC快閃記憶體時代，顆粒更差，BCH ECC糾錯已經無法滿足要求了，這就需要使用到LDPC的硬體和軟體糾錯來滿足P/E循環內數據安全的要求。

SMI2258主控的NANDXtend™技術就是LDPC硬解碼，軟解碼和RAID數據恢復的整合。

SMI號稱這個技術可以在120度高溫下讓600P/E的TLC快閃記憶體運行在1800P/E壽命期間出錯的數據可以被修正，這其實就是可以理解為：

LDPC硬體和軟體糾錯時，600P/E的TLC擦寫小於等於1800P/E時，被CRC發現的靜默錯誤可以被RAID數據恢復功能所恢復。

也正是因為SMI有了RAID數據恢復功能，才非常大膽的做256GB的TLC全盤容量而不是240GB帶有16GB OP的TLC盤。

但是我在這裡要說的是主控的LDPC糾錯能力和RAID修復能力只是我們評估TLC產品的一個門檻而已，看一個盤的效能和可靠具體還要看固件的壯碩程度來決定，但是沒有LDPC糾錯的TLC就別談門檻了！

SKhynix H27QFG8PEM5R的快閃記憶體屬性從海力士的PDF里看來是1Xnm既16nm工藝製造的Toggle 2.0 TLC快閃記憶體，QDP 4Die堆疊，BLOCK大小是4M，容量512Gb=64GB.

SKhynix H27QFG8PEM5R這顆快閃記憶體由於參考資料較少，我自己修改了一下海力士的編號規則圖，能給大家對這顆快閃記憶體以及海力士快閃記憶體有一個可靠的參考。雖然海力士的顆粒編號規則時過境遷早已經進入16nm TLC時代，但是編號規則除了少數代碼變化，基本還是遵循2009年制定的編號規則的。鑒於市場海力士顆粒較少而且編號規則並不為大家熟知，我將技術文檔處理成此顆粒編號來理解下：

H=SK Hynix

2=flash

7=nand flash

Q=3.3V

FG=512Gb=64GB

8=帶寬X8

P=4 Die（QDP） + TLC + Large block

E=4 CE

M=第一代顆粒

5=FBGA132封裝形式

R=無鉛無鹵素

B=包含壞塊

C=工作溫度0-70

那麼其中紅色字體為關鍵信息,這顆粒是4Die 4CE的，4顆快閃記憶體共組成16Die 16CE,剛好塞滿SMI2258主控最大容許的32CE的一半。那麼意味著在512GB還有1TB容量的盤上還會有32CE塞滿的更高速度。

緩存是南亞NT5CC256M16DP-D1( 512MB DDR3 1600 C11)這顆緩存本身並沒什麼好說的，只不過SMI2260主控的INTEL 600P 512GB也採用了這塊緩存晶元，而這塊盤只是V5S 256GB而已，256GB使用了512MB容量的大緩存有好處當然也有劣勢。

優勢：SSD的緩存主要是放FTL映射表的，另外還有存儲一些頁大小的數據，還有合併優化中的用戶數據，否則沒必要用那麼大的緩存，每次IO讀寫時SSD都會從FTL裡面查詢或更新快閃記憶體的真實地址，FTL表的響應速度快但體積龐大，256GB的SSD使用512MB緩存可以比256MB的緩存得到更快的響應速度，而且4K的讀寫性能也會獲得更加穩定的效果。

劣勢：外置大緩存對性能壽命都有很大幫助,得到好處的同時代價和風險也很大，進行優化寫入技術對掉電要求很高，風險很大，緩存越大，在掉電的時候，丟失緩存里的數據的可能就越大，我們知道緩存的DRAM晶元是易失性的，SSD將緩存里的數據會不斷的寫入到快閃記憶體中去防止數據丟失，但是臉不好的情況下，掉電時刻恰好發生數據丟失，而且剛好就是緩存裡面的數據，256MB丟失的數據量只是512MB丟失的數據量的一半而已。

其實現在有更高級的DDR3 STT-MRAM是非易失性的，就像NAND快閃記憶體那樣即使斷電也能保留緩存的數據，並且不需要硬碟向快閃記憶體刷新緩存內容，這種作為DRAM是最合適不過了，但是成本過高，何況每當一種新產物出現解決老問題的同時又將會出現一個新問題，且當順口一說吧。

AS SSD BENCHMARK這個SSD測試軟體很多人都用過，很多人都罵過，很多人都說作弊過，很多人說不準過，有人說是測試神器有人說是垃圾作弊軟體，我只想說一個軟體是垃圾還是神器關鍵看你怎麼去用！

1、不同的CPU不同的加成。

這個盤在我的X230頂配筆記本上使用I7 3520M，開啟電源管理中的性能最優化的跑分如上。這個測試其實有個積分公式：總分=0.08x持續讀取+0.16x持續寫入+2x4k讀取+1x4k寫入+1.5x4K QD64讀取+1x4K QD64寫入

如果使用I7 6700K去跑呢？就是這個結果，可見CPU的強大，對於4K成績的讀寫是影響最大的。所以這個軟體的4K跑分部分和你CPU的強大程度是有一定關係的，跑分低不要單純的賴盤不好，看看自己的4K成績再看看自己的CPU，就會明白了。

我們在前面的介紹過由於TLC的特性決定了讀寫較慢，所以大部分TLC SSD都配置了SLC Cache對讀寫進行加速，並不是真實的SLC快閃記憶體，SLC快閃記憶體的每個基本存儲單元只存儲1bit數據，所以讀寫速率優於2bit的MLC和3bit的TLC，TLC SSD配置SLC Cache本質就是TLC快閃記憶體里划出一部分TLC空間，其中的每個基本存儲單元中只寫入1bit的數據，將這部分TLC空間模擬成SLC進行數據讀寫以提升SSD的性能。SLC Cache在數據寫滿後就會將SLC Cache裡面的數據寫入到TLC快閃記憶體中，並擦除SLC Cache再次寫入數據。雖然不同廠家固件的演算法不同，但是基本的原理是一致的。

很多同學說要讓TLC原型畢露，你直接跑AS SSD BENCHMARK的10GB測試塊就可以了，原理其實就是擴大測試的數據塊超過SLC Cache的容量，讓TLC的效能暴露出來。其實我想說如果想更了解這個盤的SLC CACHE機制從3G 5G 10G這個順序跑即可。

3G一跑，你會發現這個盤的持續寫入已經跌了一半了，

跑5G，持續寫入繼續跌

跑10G，持續寫入繼續跌

這說明持續寫入從3GB測試塊開始暴跌，說明了SLC CACHE的容量是在3GB以內的，要確定SLC CACHE的大小還得找3GB。

在3GB測試持續讀進度條在一半的時候，我們發現持續寫入的速度還在486MB/S以上呢。

而進度條過去一半以後，持續寫入的速度才跌到300MB/S以內，說明至少前面的1.5GB是SLC CACHE加速下的，那麼可以確定SLC CACHE是大於1.5GB小於3GB的。

那麼繼續跑一個HD TUNE 10GB寫入測試看看，總共10個格子10GB，從第二格走完，寫入速度開始從400多腰斬到200MB/S，說明這個SLC CACHE就是出廠設定的2GB容量大小。也完全符合AS SSD BENCHMARK前面鎖定的1.5GB-3GB之間SLC CACHE大小的測試。

HDTUNE跑全盤的讀基本一條線很穩，跑全盤寫和跑10G寫差不多

帶有SLC CACHE的TLC SSD準確來說是有兩個AS SSD BENCHMARK分數的，一個是SLC CACHE狀態，一個是TLC狀態。知道了SLC CACHE大小是2GB之後，要獲取這兩個分數也比較簡單了。

AS SSD BENCHMARK在測試SSD時需要向SSD裡面先寫入一定的數據量測試寫入，然後再測讀取，默認數據量大小為1GB，最大為10GB。假如使用1GB數據量測試這個盤的話，測試文件就全部寫入到SLC Cache裡面了，測試的寫入性能就是SLC Cache的寫入性能。再讀取的話呢，也是SLC Cache裡面的讀取效能。所以你測試有些TLC會發現壓根就不弱。

1、連續不停得跑三次1GB測試塊，連續不停的意思是滑鼠點在START上，一次測試結束就立即點下一次，第一次為SLC Cache狀態，第三次為TLC狀態。

SLC Cache容量為2GB，連續跑2次1GB測試之後繼續立刻跑第3次就可以獲得TLC真實的速度，因為第三次跑的時候SLC Cache已經耗盡不會參與到數據讀寫加速的過程當中，這個時候測試出來的寫入成績就是TLC SSD真實的速率。

如果跑3GB的話，連續跑兩次3GB數據塊測試，第一次為SLC Cache混合TLC的狀態，第二次為TLC狀態

那麼上面測試主要的用處就是我們需要看TLC狀態的跑分速度，如果這個TLC狀態的跑分你可以接受，那麼SLC Cache狀態的跑分就更能接受了，如果TLC狀態的跑分實在太低你接受不了，那麼果斷點退貨把。

一般你看到的測試分數都是在空盤狀態下的AS SSD BENCHMARK跑分。

那麼要明白隨著數據寫入越來越多的情況下，速度會發生的變化是什麼，也就是我們常說的，隨著寫入量的增加，會不會明顯掉速，最簡單的辦法就是在接近滿盤容量下進行測試，我在盤寫滿92%的情況下，測試的1GB資料庫的SLC Cache狀態的跑分。

盤寫滿92%的情況下，測試的1GB數據塊的TLC狀態的跑分。

可以發現空盤和92%容量的跑分並沒有什麼不同，無論是SLC Cache還是TLC狀態都是幾乎一致的跑分和速度。但是NTFS格式化之後238GB，當盤內存在236GB以上數據，SLC Cache的狀態就直接變成TLC狀態了，但是都已經接近滿盤狀態下了，這個寫入效能其實已經沒有意義了，這時候更重要的是讀取效能。

在不分區的情況下進行RAW下的IOMETER 128K QD32持續寫入1分鐘，設置圖如上。

然後打開這一分鐘生成的CSV文件，找到平均寫入速度為147MB/S，然後將 SSD 容量除以這個測試結果，獲得執行兩倍於 SSD 容量的 128KB 持續寫操作所需要的時間，(256GBX1024MBX2)/(147MB)=3566秒=59.44分鐘。

稍微寬鬆一些直接把128K SEQ的模板時間改60分鐘進行填盤

然後執行5000秒的4K QD32隨機寫入測試。

製作出散點圖

去掉最開始一段的高峰，和零星的高峰散點後，可以發現最低谷也在1000IOPS以上，而主區域是1500-5000IOPS之間的密集區域，平均值在3342IOPS。

那麼最前面的一段高峰可能是SLC Cache寫入釋放的軌跡。

而最後500秒的IOPS平均值也在3234IOPS，這說明5000秒的全盤4K QD32寫入過程中，速度基本是勻速的。雖然是TLC快閃記憶體也並沒有在強大的寫入壓力下產生嚴重的寫入衰減。

對於早期的TLC SSD盤，由於固件不夠壯碩，出現的問題還是比較明顯的，就拿SMI的主控來說把，早期試水TLC快閃記憶體的SMI2246EN搭配TLC快閃記憶體的時候一片罵聲和不信任的呼聲比比皆是，在SMI2256主控時代是TLC適配的一個學習期，SMI也在不斷學習如何去掌控TLC，到了SMI2258和SM2260主控SMI對TLC的掌控才達到一個成熟期了，從一個普普通通的TLC盤測試里，可以感受到固件的壯碩才是TLC盤的根本。

那麼作為一個普通消費者我們在快閃記憶體漲價20%的情況下不得不去購買SSD這一定是剛需，那麼建議趁著MLC的尾巴還沒跑，入幾塊MLC的SSD，當然如果你覺得MLC太貴了，想選擇一款相對性價比較高的TLC盤的話，那麼至少要考慮以下幾個方面的問題

1、你需要了解這個盤SLC Cache和TLC兩個狀態下的表現，且TLC狀態下的表現你要能夠接受。

2、主控要支持LDPC糾錯。

3、固件是否壯碩？包括盤內有數據的情況下，TLC狀態的讀取和寫入會否明顯掉速？

4、建議選擇TLC作為系統盤，重要的數據選擇MLC也不是百分百靠譜的，建議做好備份，這才是萬全之策。

【結語】

本文由什麼值得買網友「gaojie20」撰寫並授權轉載，由於篇幅原因，僅選取了精華的部分進行分享。完整原文可去我站《TLC洪水猛獸來了，SSD還能放心買嗎？》查看，如果你有更多好物想跟我們分享，歡迎在評論區與我們互動。