從MLC到QLC是科技進步還是開倒車?QLC被冤枉了
【PConline 雜談】最近大家都升級了多大的SSD硬碟了？由於去年NAND快閃記憶體價格由漲轉跌，SSD價格也應聲下滑，240/256GB容量的SSD甚至可以做到199塊，500/512GB容量的也能做到400塊以內，再也不需要用120GB容量的SSD硬碟緊巴巴地湊合用了。隨著今年QLC快閃記憶體的量產， NAND快閃記憶體的價格預計還會再跌50% ，年底普及1TB大容量SSD有戲了。
在2019年，QLC快閃記憶體預計會佔到市場產能的1/3左右，雖然還不會取代TLC的地位，但是今年QLC快閃記憶體勢必會在市場掀起一場波動，因為份額不斷增加的同時，大家對QLC以及佔據主流地位的TLC快閃記憶體其實還有不少誤解，以訛傳訛的資訊會誤導不少小白玩家，比如我們之前的一篇文章 《SSD故事會(25):該來的QLC SSD終究還是來了，但它有這麼可怕嗎？》 中的評論區就有 很多玩家對NAND快閃記憶體有諸多誤解 ，我們今天就打算著重給大家談談這些誤解了。
▍ 誤解1：QLC快閃記憶體 P/E壽命只有500次，所以 可靠性差？
圍繞QLC快閃記憶體爭議最大的就是可靠性問題了，因為很多人瞭解過NAND快閃記憶體原理之後就知道NAND快閃記憶體有SLC、MLC、TLC及現在的QLC快閃記憶體了，這幾種快閃記憶體基本的特色及優缺點大家也多少了解一了。
正常來說效能＆可靠性是SLC>MLC>TLC>QLC， 價格的話則是反過來QLC最便宜，SLC快閃記憶體是最貴的 ，所以目前SLC快閃記憶體基本上消失了，不論消費級還是企業級應用中都少見SLC快閃記憶體了。
由於技術原理所致，QLC快閃記憶體確實存在先天性的可靠性降低問題，具體到指標上就是P/E擦寫次數不斷下降，SLC快閃記憶體的P/E壽命高達1萬到10萬次，MLC快閃記憶體之前也有5000~1萬次的壽命，到了TLC時代就剩下3000次左右，QLC更差，是500~1000次，所以大家就會認為QLC的可靠性很差了。
對於P/E次數，很多人並不瞭解的是 P/E次數並不是固定的 ，隨著技術的提升及NAND快閃記憶體的改進，P/E次數是會變化的，而且是往好的方面提升，壽命是會增加的。QLC快閃記憶體500次的說法最早源於前幾年東芝QLC試驗中的資料，不過去年美光釋出企業級QLC硬碟時，給出的P/E次數是1000次。
退一步說，即便QLC快閃記憶體真的只有500次P/E壽命，以1TB容量的硬碟為例，每天日常使用的寫入量大概是20GB，再誇大一點算作50GB，寫入放大率也往大了算，算作2.0， 那麼1TB容量的QLC硬碟可以使用的時間=500x1000/（2x50x365）=13.7年 ，對寫入量多的人來說再翻倍到100GB每天，那麼也能用7年左右，這已經遠遠超過普通SSD硬碟的質保時間了。如果是2TB的SSD，那可用時間更是要翻倍了。
只算P/E次數的話，其實500次已經足夠很多人用了，別說現在的QLC實際能達到1000次水平了。不過大家擔心的問題除了P/E次數，還有就是寫入大半容量之後，SSD掉速以及空間不足導致的頻繁擦寫特定區域的問題。
誤解2：如果已經寫入80%固定檔案，是不是剩下的20%會被不斷擦寫從而提前損壞？
坦白說，都9102年了還有人擔心SSD硬碟會笨到“”逮住一隻羊薅羊毛，這種觀念還真讓人有點意外，因為 早在SSD硬碟發展初期，這個問題就被主控、演算法解決了 ，這麼多年不再重複提及是因為耗損平衡（wear-leveling）早已經是SSD硬碟的基礎功能了， 即便你寫入了80%容量的資料，剩下的20%空間也不會頻繁被寫入資料，SSD主控依然會將資料輾轉騰挪，保證每個快閃記憶體核心都是差不多的寫入次數 。
耗損平衡也會分為不同的技術類別，有 靜態耗損平衡、動態耗損平衡 之分，其中靜態耗損平衡效果是最好的，不過具體使用哪種方案看主控的選擇了。
與之類似的還有垃圾回收、TRIM、壞塊管理、錯誤糾正（之前用ECC現在多是LPDC）等等， 這些技術早已經成為SSD硬碟的基本能力 ，資歷老的玩家可能還記得SSD硬碟以前連支援微軟TRIM都不一定做到，但是現在幾乎沒有不支援TRIM的SSD硬碟了。
誤解3：QLC實際壽命可能不到理論三分之一，廠商標稱的P/E次數會坑人？
前面已經算過了，即便是500次P/E壽命，實際上也是足夠用很多年的，但是在大部分人的眼裡，商業公司為了騙人是什麼敢說的，萬一他們說的P/E次數是坑人的呢，實際值不到理論值1/3的話，那我們豈不是要被騙了？
這個朋友的擔心不無道理，廠商為了利益有騙人的動機，但是另一方面廠商如果在這些資料上造假也會面臨嚴重的法律後果，所以不要動不動就陰謀論。 實際上廠商公佈出來的P/E壽命是他們承諾的最低值 ，遠不是NAND快閃記憶體的真正壽命，換句話說真正的壽命只會比標稱P/E值更高，有的時候還會高出很多。
SSD硬碟的實際P/E壽命高於標稱值早就不是新聞了，前幾年就有過很多類似的測試了，在20nm MLC時代，Anandtech網站就以英特爾335系列SSD為例做過測試，當時標稱的P/E值大概是3000次，實際模擬測試之後P/E次數超過6000次了，而且SSD依然在正常使用中。
誤解4：QLC快閃記憶體會取代TLC，TLC/MLC快閃記憶體消失
從之前的發展過程來看，MLC快閃記憶體取代了SLC快閃記憶體，TLC快閃記憶體也取代了MLC，現在已經是市場上份額最高（超過50%了）的NAND型別，現在QLC快閃記憶體出現了，很多人認為QLC快閃記憶體會取代TLC快閃記憶體，以為也會重複這個過程，但實際上並不是， QLC快閃記憶體即便大規模應用了，也不會取代TLC快閃記憶體，更不會取代MLC快閃記憶體 。
這是QLC快閃記憶體的特性決定的，我們之前的文章 《QLC閃亮登場:效能低、可靠性渣？但取代HDD的必定是它》 中已經解釋過了，NAND廠商目前對QLC快閃記憶體的定位是 取代HDD機械盤 ，而非TLC快閃記憶體。
大家可以注意下，不論美光、英特爾還是東芝、西數，首發QLC快閃記憶體的時候都是把QLC快閃記憶體用於企業級市場的，消費者反而是後推出的，這點跟之前並不一樣。這次之所以有這樣的變化，就是因為NAND廠商把QLC快閃記憶體的硬碟定位於大容量資料盤，取代的是企業級中HDD硬碟的地位。
如上圖所示，企業級、資料中心市場對硬碟陣列的容量、效能、功耗乃至空間的要求夠很高，如果是HDD硬碟，需要12塊8TB硬碟才能組成100TB級別的陣列，多盤並行的速度有3000MB/s，但是隨機效能就只有2K IOPS，待機功耗高達96W，而且12個硬碟佔據的空間也很大。
一旦換成QLC快閃記憶體，單盤容量就可以做到100TB（暫時還不行，但未來一兩年就可以了），速度也有3000MB/s，而且隨機效能高達50K IOPS，是HDD硬碟的25倍，同時功耗低至0.1W，佔用空間也會大大減少。
這只是一個例子，但已經說明了QLC硬碟的定位，那就是取代HDD硬碟而非TLC/MLC硬碟，因為QLC的容量、成本是其最大優勢，連續效能不一定比HDD高很多，但隨機效能依然是秒殺HDD硬碟的存在。
未來消費級市場上也是如此，QLC快閃記憶體可以輕鬆作出廉價的大容量資料盤，由於先天特性限制，QLC硬碟的寫入速度不會很高，非快取狀態下真實寫入效能可能也就100-200MB/s，沒比HDD好多少，但隨機效能依然遠勝HDD硬碟，而且容量也達到4TB以上，日常使用中用作資料盤也足夠了，擔任系統盤的則是PCIe通道的MLC或者TLC硬碟，也就是說未來大家的硬碟系統是QLC、TLC/MLC共存的，不是取代，而是互相協作，發揮各自的優勢。
誤解5：SSD硬碟一代比一代爛，效能在倒退？
從SLC、MLC到TLC、QLC，由於技術原理的限制，不同型別的快閃記憶體效能、可靠性確實是在下降的，但是綜觀SSD硬碟以及NAND快閃記憶體這10年來的發展，不說容量越來越大， 效能、可靠性、效能實際上是在不斷提升的，這聽上去讓部分玩家不滿意，但這是事實 。
從SLC到QLC， 這些升級過程其實是不同型別的選擇，並不能稱之為技術上的倒退 ，大家更應該看到的是當年做SLC是因為當時的技術限制只能做到SLC的水平，技術不斷進步了才有可能做出來MLC、TLC再到今天的QLC。
QLC在容量增加、成本降低的同時，技術上的缺陷就是效能（相對）降低了，但是絕對效能是在不斷增長的。舉例來說，五年前三星的主流SSD還是840 Evo，使用的是19nm TLC快閃記憶體，最低容量120GB，讀取速度520MB/s，寫入速度410MB/，隨機效能是94K IOPS、35K IOPS。
如今SATA產品中，三星的新品是860 QVO，使用的是QLC快閃記憶體，最低容量都是1TB，讀寫速度550/520MB/s，隨機效能97K、98K IOPS，而且起價也在120美元左右，算算這個提升是多大吧。
當然，SATA硬碟因為介面限制，讀寫效能是沒提升空間了，如果考慮到NVMe硬碟，三星970 PRO系列的硬碟讀取速度都達到3.5GB/s，寫入也有2.7GB/s，370K、500K的隨機效能更強大， 效能比五年前的高階SSD強得多了 。
對普通人來說，這麼多年來NAND最大的變化實際上是讓大家能夠承受得起容量越來越大SSD硬碟了，從當初核心容量32Gb到現在的512Gb甚至1Tbi，SSD的單位容量成本急劇下降，之前每GB價格高達10美元以上，現在每GB大概是0.1美元了， 國內差不多是1元/GB了，部分產品甚至能做到每GB不到7毛錢，白菜價了 。
總結：NAND快閃記憶體可靠性不是單一原因所致
對於NAND快閃記憶體的可靠性問題，這其實是個非常複雜的話題，多年來業界一直在討論SSD可靠性問題，SLC/MLC/TLC/QLC的型別區別確實是個主要因素，但可靠性從來不是單一因素所致的，說MLC比TLC可靠、TLC比QLC可靠需要站在同一基礎上，但現實情況中真正影響NAND快閃記憶體可靠性的因素多了，原片、白片、黑片導致的差異其實比SLC/MLC/TLC/QLC大多了。
有關原片、白片、黑片的話題也是爭議很多了，這三者的區別簡單來說就是NAND廠商質量控制要求不同的區別，原片有複雜、嚴格的測試流程保證質量，但是價格肯定是最高的，白片價格便宜30%以上，但質量可能有瑕疵，也可能運氣好不會遇到問題，而黑片就更沒法保證了，但是因為淘汰的邊角料更便宜，成本極低。
總之，今天說了這麼多，主要是針對大家在NAND快閃記憶體認知上的一些誤解做個解釋， 不論是TLC快閃記憶體還是QLC快閃記憶體，都經歷過有關效能、可靠性及價格上的長期爭議 ，如今QLC快閃記憶體受到質疑只不過是在重複當年TLC快閃記憶體剛問世時的遭遇而已，並不新奇，希望大家不要被單一因素迷惑了。