如何让QLC变得更可靠？

01.QLC是什么？

当前，市面上有4种常见的NAND类型：SLC、MLC、TLC和QLC。

SLC指一个存储单元存储1比特数据，而QLC的一个存储单元则存储4比特数据。虽然数据密度的增加会降低存储每GB数据的成本，但单个存储单元含有的比特数越多，也会衍生出NAND的数据可靠性降低、读写延迟增加、性能降低等问题。

QLC刚刚面世之时，不少人都对其性能和寿命感到担忧，但随着闪存技术的不断发展迭代，QLC NAND的生态不断发展壮大，SSD产业链的各家厂商也开始了对QLC SSD的性能和寿命进行补强。而QLC SSD带来大容量、低成本优势也逐渐在某些应用场景中展露优势， 比如数据量大、不频繁修改数据且速度要求不高的应用场景。 这类场景以前大都还是HDD的天下，而QLC SSD的性能和续航能力相对HDD还是要高出好几个数量级，且SSD主控芯片的ECC（纠错码Error Correction Code）技术也会增强QLC SSD使用的耐久性、可靠性。

02.如何让QLC更可靠？

在QLC闪存产品中，每个单元可以存储4比特数据，因此QLC中的存储单元总共有16个可能的状态（S0~S15），如下图所示。

QLC单元状态示意图

相对于只有8个可能状态的TLC闪存单元来说，由于QLC闪存单元可能状态数增加，导致QLC相邻状态之间的电压差更小，因此对QLC闪存单元来说，会给读操作引入更多的噪声，带来更高的原始误码率（raw bit error rate）。

同样的，随着闪存擦写次数（P/E cycles）的增加，以及数据保持时间（data retention）的增加，闪存的读参考电压会发生偏移，相邻状态间发生交叠。由于QLC相邻状态间电压差更小，对这种电压偏移的容忍度也越小。

所以QLC相对TLC来说能支持的擦写次数也更少，例如现有QLC闪存产品支持1000~2000次擦写，而TLC则能够支持7000~10000次擦写操作。换句话说，同样的擦写次数或者相同的数据保持时间的情况下，QLC的原始误码率会比TLC高。因此，QLC给闪存控制器中的ECC（错误恢复技术）提出了更高的要求。

03.完全覆盖QLC的强大ECC技术

英韧科技于2018年成功研发并全面启用4K LDPC（低密度奇偶校验Low-Density Parity-Check）纠错技术，并广泛应用于自主研发的消费级和企业级主控芯片中，极大地降低了系统UBER（不可纠错误码率Uncorrectable Bit Error Rate），引领了纠错编解码技术在行业的技术创新发展。

英韧科技主控的纠错于设计之初就从底层原理出发，对矩阵构造和编解码算法都有许多精妙的优化，实现了很多突破。最终纠错能力极强，发生纠错失败从而触发重读的概率很小，同时纠错算法消耗的数据读取延迟短、功耗低。

在同样的码率下（纠错码使用bit数量一样），实测4K LDPC纠错比2K LDPC方案降低UBER至少两个数量级以上，大大提高纠错性能。除此以外，英韧主控采用自主研发的LDPC专利算法，在解码算法迭代的时候，实时动态更新并优化解码规则，因此纠错能力比行业平均水平提高约30%。

在近期举行的CFMS2023中国闪存市场峰会上，英韧科技也展示了搭配QLC NAND的参考设计，获得了不少行业人士的关注。

目前，英韧科技的多款主控芯片系列均支持4K LDPC，纠错能力可以完全覆盖QLC NAND，令用户可以充分发挥QLC NAND的成本优势，提升其性能和可靠性。

英韧科技自成立以来，始终专注存储领域，全面服务于消费级、企业级和工业级用户，提供优质可靠的存储主控芯片和固态硬盘解决方案，并为客户提供交钥匙固件方案、公版硬件设计和全套开卡软件，大大缩短产品上市时间。

英韧科技的消费级产品在入门、主流、高性能和游戏等细分市场上都能提供有竞争力的解决方案，尤其在各类成本优化解决方案上有着成熟的技术和丰富的经验。