廣大用戶對固態硬盤(SSD)更快速度、更大容量的追求從未停歇,這也給NAND閃存制造商出了一道難題固態硬盤 。從21世紀開始,基于NAND閃存的固態硬盤開始加速普及,當時的產品采用“每單元存儲1 Bit數據”(Single-Level Cell)的設計,因此被簡稱為SLC固態硬盤。然而,在單位平方毫米內提升存儲字節數,很快就遭遇了物理極限——NAND芯片上的晶體管及其他電子結構的縮小幅度存在物理上限,一旦超出這個范圍,數據位就無法被穩定存儲。
為解決這一問題,閃存制造商采取了多項創新點子固態硬盤 。一方面,他們開始采用堆疊式單元設計:將更多存儲單元垂直堆疊,在不改變固態硬盤外形尺寸的前提下,大幅提升存儲容量。另一方面,他們研發出單單元多比特存儲技術:MLC(多層單元)可實現每單元存儲2 Bit數據,TLC(三層單元)能存儲3 Bit,而QLC(四層單元)則可存儲4 Bit。從理論上看,這似乎是空間不變、容量倍增的完美方案,但實際應用中,新結構也帶來了新問題:電子泄漏現象會導致數據留存不穩定,且更纖薄的結構易受損,使得硬盤的磨損度顯著增加。
如今,SLC和MLC固態硬盤已幾乎絕跡固態硬盤 。這類產品制造成本高昂,且容量存在硬性上限,早已無法滿足普通用戶日益增長的數據存儲需求,更不用說企業級場景的海量數據存儲需求了。在剩余的TLC和QLC兩種主流類型中,QLC曾因口碑不佳飽受爭議——不過這部分負面評價,大多源于技術剛起步時的成長陣痛。如今情況已大不相同,業界不再對TLC硬盤一邊倒地推薦,新一代QLC產品對多數用戶而言已足夠好用,這很大程度上要歸功于制造工藝的持續改進。
到底什么是QLC固態硬盤固態硬盤 ?——先補點工程學知識
所有固態硬盤的存儲原理本質相通,若從“單層單元(SLC)”的結構入手理解,會更為直觀固態硬盤 。每個存儲單元包含控制柵極、浮置柵極,以及一個作為電子源極與漏極的N溝道。當向單元的控制柵極施加電壓時,電子會從N溝道被“拉”到浮置柵極中,而浮置柵極中存儲的電荷狀態,就是數據位的物理載體。
在SLC NAND閃存中,存儲單元是串聯連接的,這使得數據讀取過程更為復雜:讀取某個單元的數據時,需要激活該單元的控制柵極,同時向串聯電路中其他所有單元施加約6伏的更高電壓固態硬盤 。此時浮置柵極僅需區分“有電荷”和“無電荷”兩種狀態,對應1 Bit數據的存儲。而工程師們意識到,若能讓浮置柵極承載更多種電荷狀態,就能在單個單元中存儲更多數據——MLC、TLC、QLC由此應運而生。
具體來看:MLC通過4種電荷狀態實現每單元存儲2 Bit數據;TLC需要區分8種電荷狀態,對應每單元3 Bit數據;QLC則要通過16種不同的電荷狀態,實現每單元4 Bit數據的存儲固態硬盤 。最終效果是:在不擴大物理設備體積的前提下,單單元存儲數據量提升、單NAND芯片容量提升、整個固態硬盤的容量也隨之大幅提升。
為何曾有人反對使用QLC NAND閃存固態硬盤 ?
將更多數據塞進單個單元,除了帶來容量優勢,也引發了一系列問題固態硬盤 。首先,QLC的耐用性遠不及其他類型的NAND閃存,且對環境溫度的敏感度更高;其次,電荷狀態的增多增加了數據讀取的復雜度——控制器需要更長時間判斷單元的電荷狀態,這直接導致硬盤的讀寫速度顯著下降。
為緩解這一問題,制造商引入了“偽SLC緩存(pSLC緩存)”技術:將QLC閃存的一部分空間(通常占硬盤總容量的10%左右)臨時用作SLC模式的存儲區域,在數據傳輸過程中先將數據暫存于此,以此提升瞬時讀寫速度固態硬盤 。
但事情遠沒那么絕對
盡管早期QLC確實存在速度慢、可靠性存疑等問題,但隨著技術成熟,如今普通用戶已很難分辨TLC與QLC在日常使用中的差異固態硬盤 。QLC早已不是劣等的選擇——只要你選購的是近年推出的新款產品,并提前參考專業評測,我完全有信心推薦你使用QLC固態硬盤。
誠然,QLC NAND閃存的速度確實比SLC、MLC、TLC都慢,但這種速度差距在日常場景中幾乎無法感知:無論是處理文檔、瀏覽網頁,還是運行,QLC的表現都足夠流暢——畢竟它的速度仍遠超最快的機械硬盤固態硬盤 。
如果你的QLC硬盤配備了DRAM緩存,速度還會進一步提升;而且固態硬盤也會默認利用部分系統內存作為緩存,進一步抵消了速度短板固態硬盤 。只有在超低延遲需求場景(如專業視頻渲染)或“高IOPS需求場景”(如數據庫高頻檢索)中,QLC的速度劣勢才可能顯現。
此外,固態硬盤控制器的品質也至關重要——這也是我建議選擇美光(Crucial)、三星(Samsung)、金士頓(Kingston)、SK海力士等知名品牌QLC硬盤的原因固態硬盤 。雖然重寫入任務仍可能導致QLC速度下降,但大多數用戶的日常使用以讀操作為主(如打開文件、加載),QLC完全能滿足這類場景的需求。
還有一個事實:如今的數據中心已廣泛采用QLC NAND閃存,企業用戶對技術選型的挑剔程度遠高于普通消費者,若QLC真的不堪用,即便TLC成本更高、容量更低,企業也不會選擇QLC固態硬盤 。
當然固態硬盤 ,在價格相近的情況下,優先推薦TLC
如今的QLC固態硬盤固態硬盤 ,雖然與早期產品相比已不可同日而語,但目前它尚存的兩個明顯短板是:
·需要保留足夠多的空閑空間供偽SLC緩存使用——若空閑空間不足,硬盤速度會顯著下降固態硬盤 。比如三星870 QVO的偽SLC緩存容量約占總容量的20%(如8TB型號緩存約1.6TB),順序寫入速度可達530MB/s,當剩余空間不足時,緩存無法有效回收,被迫進入QLC原生寫入模式(速度僅200MB/s左右)。
·使用壽命問題——理論上QLC的擦寫壽命較短,但我個人尚未遇到過QLC固態硬盤因磨損導致的故障,從實際應用來看,如果普通用戶日均寫入量約50GB~100GB,那么1TB QLC硬盤(TBW約200TB)可滿足4~6年使用需求,也許是我的數據寫入量沒有硬盤更換的速度快,老舊硬盤在出現故障之前就已經被淘汰了固態硬盤 。只要控制器的設計合理,且配備了完善的磨損均衡等優化技術,選擇QLC固態硬盤應對大多數日常任務,完全無需擔憂。