单层存储单元（SLC）NAND一直是要求最高可靠性、性能和耐用性的工业应用的“黄金标准”。顾名思义，SLC是一种NAND闪存，每个单元仅存储一位数据，因此它具有更快的写入速度和更长的使用寿命的优势。由于SLC在每个单元中存储的数据较少，与使用其他类型的NAND闪存相比，基于这种NAND闪存的存储设备成本较高且容量较低。这意味着在所有闪存类型中SLC的每GB的成本最高。

数据存储挑战

随着工业物联网（IIoT）、智能工厂、自动驾驶汽车和其他数据密集型应用场景持续受到关注，此类应用场景对数据存储的要求变得越来越具有挑战性。企业必须应对基础设施、安全性、多样性和数据量方面的问题，同时也要考虑到最大限度地利用投资的底线。

由于SLC闪存的成本高，任务关键型工业应用程序在购买数据存储设备时需要使用多层单元（MLC）或三层单元（TLC）闪存来满足紧张的预算。MLC每个单元存储两位数据，而TLC存储三位数据，这类闪存比SLC具有更大的容量和更低的成本。控制器设计和3D NAND体系结构的进步使MLC/TLC闪存变得更加可靠，但许多应用仍然需要更高级别的可靠性和耐久性，并与更高的可用容量相平衡。

另一个紧迫的挑战是用例的多样性。对于不同客户，不同的工作负载可能需要不同的评估和驱动配置需求。为了节省购买成本，有些行业会选择现成的解决方案，这些解决方案可能不适合用于特定应用场景的要求。

一旦部署，由于工作负载增加、高编程/擦除（P/E）周期和更高范围的温度，它们可能很容易磨损。低耐久性、对宽温度范围的低耐受性以及由于高错误率而导致的低可靠性最终将导致更多的系统停机时间、频繁的组件更换，并最终导致更高的成本。

MLC/TLC NAND闪存的详细介绍

为什么MLC和TLC闪存性能较慢，可靠性较低，使用寿命较短？

SLC闪存可以保存一个数据位，从而允许闪存具有的值为0或1的两种状态。一个单元被视为“已编程”或被写入值为0，而当其具有值时被“擦除”只需一个参考电压即可区分或区分0和1。

MLC在每个单元中存储两个数据位，这使闪存可以具有四种状态，其值分别为00、01、10或11。因此，写入过程比SLC慢得多。需要三个参考电压来区分这四个状态。

TLC每个单元存储三位数据，将状态增加到八位，其值分别为111、011、001、101、100、000、010和110，因此写入过程甚至比MLC更慢。需要七个参考电压来区分八个状态。

下面的表格比较了3中NAND 闪存类型：

表1.NAND闪存类型和阈值电压（Vth）分布

为了增加一个存储芯片的容量，制造商采用了“缩放”，即缩小单元使得其能更多的装到芯片内。由于MLC可容纳更多数据，因此阵列中的单元更近。每次将数据写入单元时，都会对该单元施加电压。随着施加更多的电压，编程操作不仅影响该特定单元的Vth，而且影响相邻或周围单元的Vth。随着温度的升高和施加更多电压时，就会发生电子泄漏。结果，MLC磨损得更快，改变了单元的原始状态，从而在读取单元时导致错误，并且存储单元间会相互干扰。

这种现象称为编程干扰，它会影响周围的单元并导致错误。错误率随着每个编程步骤而增加。MLC控制器通常具有强大的纠错算法，但它也需要时间来保证准确性，从而导致吞吐量降低。

由存储单元的缩小引起的相关事件是读取干扰。当读取一行单元时，它会影响周围未读单元的阈值电压，改变其逻辑状态，并导致影响闪存耐久力的读取错误。

伪SLC：中庸之道

对于需要可靠性和长使用寿命的关键任务应用而言，SLC是理想选择，但其成本高昂，对于某些应用而言容量可能太低。MLC和TLC提供更高的容量，并且更节省成本，但是某些应用要求更高的可靠性和耐用性。是否存在可以提供两全其美的中间地带或“中庸之道”，以充足的容量和更容易获得的价格提供卓越的性能、以及耐用性和可靠性？

答案是肯定的，它被称为伪SLC（pSLC），它也有多个市场名称，例如增强型MLC，superMLC，iSLC，高级MLC（aMLC）。核心是通过每个单元仅存储一个数据位而不是两个或三个来使MLC/TLC像SLC一样工作。

ATP Electronics的Premium Line：3D TLC SSD配置为pSLC，具有可定制的耐用性

ATP最近推出了A700Pi / E700Pi系列，这是新一代基于Premium Line pSLC NAND的嵌入式SSD。这些SSD使用先进的控制器和固件技术来确保所提供的产品满足甚至超过要求苛刻的应用程序的耐用性要求。

通过在SLC和TLC之间实现最佳平衡，ATP的基于pSLC的嵌入式SSD提供了以耐用性为单位（以写入的兆字节（TBW）和每天的驱动器写入（DWPD）为单位的）最佳的总拥有成本（TCO）值。

这一代的一个改变游戏规则的亮点是ATP开发的新的固件和支持大规模生产的基础设施，并完全可定制化，以适应客户的要求，以满足任何嵌入式/工业使用情况的耐久性配置。这再次表明，随着工业物联网（IIoT）、边缘计算和其他高可靠性应用的存储需求持续高涨，ATP致力于为客户提供最佳的总体拥有成本（TCO）价值。

下表提供了ATP Electronics的pSLC性能和优势说明：

pSLC优点：

• 专为需要在较低的用户容量下具有绝对的耐久性的应用而构建
• 通过缩减容量来增强产品的总体寿命，与TLC产品相比超过10倍
• 极大地提高了驱动程序的持续写性能和可靠性，使其适合于"写"密集型应用程序
• 使用最经济高效的NAND 闪存技术降低TCO，延长使用寿命

表2. ATP可定制的高端产品线

The following graph shows the new customizable pSLC-configured SATA III SSDs demonstrating significant improvements in endurance compared with default 3D TLC offerings.

Figure 1. Comparison of endurance ratings between default 3D TLC offerings and ATP’s new customizable pSLC-configured SATA SSDs.

ATP’s new Premium Line is available in both raw and managed NAND. Key specifications are provided in the succeeding table.

*Under highest Sequential write value. May vary by density, configuration and applications

Going Above and Beyond

The A700Pi and E700Pi Series are true game changers; however, ATP is constantly trying to break new ground and improve its offerings to deliver what customers need. If customers require special endurance requirements beyond those provided in this article, they are encouraged to explore and discuss possibilities with ATP sales representatives in their area.

Conclusion

ATP’s pSLC-based embedded SSDs with customizable endurance offer the optimum balance cost-performance-endurance balance. They address the diversity of use cases across different industries, allowing ATP to tailor-fit according to different workloads and applications.

ATP experts are available to help customers assess the best TCO solution through customization options. By carefully assessing, customizing and delivering products fitted to customer’s requirements, ATP can help ensure the most optimal purchase decisions.

For more information on ATP’s pSLC-based solutions, visit the ATP website or contact an ATP Representative.