QLC闪存能用吗？聊聊关于固态硬盘的那些事

今年7月，东芝与西数率先宣布了96层堆叠3D QLC闪存技术，单芯片就能做到1.33Tb（166GB），单个封装可以做到2.66TB的惊人容量。做成2.5寸的SSD，容量要达到10TB也不是很难的事情。

随后，Intel和三星也展示了同样是96层堆叠的3D QLC闪存技术，存储密度上也是远比原有的TLC闪存产品更加优秀。一时间QLC有山雨欲来之势，大容量SSD的普及似乎已经触手可及。

然而消费者对于QLC 闪存并不买账，很多人质疑其可靠性以及性能相比MLC和TLC倒退太多，难堪大用。
有鉴于此，我们就和读者聊聊QLC的实用性以及其他一些和固态硬盘相关的事情。

一、QLC可靠性的确很差  但是未来依然是它的

SLC每Cell只能存放1bit数据，电压只有0、1两种变化。由于结构简单，使得可擦写寿命达到了10万次，而单Cell读写速度也有35/25MB/s。

MLC每Cell可以存放2bit数据，相同面积下可以做出2倍于SLC的容量，但是有00、01、10、11四种电压变化，相比SLC需要更复杂的的电压控制，加压过程用时也变长，因此在可靠性上只有SLC的1/10。目前的MLC产品可擦写测试通常在3000~10000次之间，读写速度也降到了SLC闪存1/3的样子。

TLC每Cell可以存放3bits数据，相同面积下，容量可以比MLC提高50%，但是却有8种电压变化，可靠性进一步降低，一般在300~1000次之间。单Cell读取速度仍然有10MB/s，而写入速度就大幅度降低，不到SLC是1/10，仅有1.5MB/s。

QLC每Cell可以存放4bits数据，相比TLC，存储密度又提高了33%，但是电压变化却有16种之多，导致可擦写寿命仅有100~150次。单Cell的读写速度目前没有厂商公开资料，预计相比TLC还要进一步降低。

由于SLC闪存超强的可靠性以及远高于其他闪存颗粒的读写速度，通常被当作MLC、TLC SSD的缓存来使用。目前市面上的SSD产品，一般都集成了8~50GB的SLC闪存作为缓存。平时我们的读写操作都是在SLC缓存里面进行，但是当一次性写入的数据超过SLC缓存容量的时候，SSD的写入性能会大幅度降低，特别是TLC SSD在这种情况下，写入速度基本上都是可怜的几十MB/s（闪存颗粒的擦除速度很慢，比写入速度更慢，所以SLC缓存写满后需要一定的时间才能完全释放供下次使用）。

虽然目前各大厂商都在积极推出QLC颗粒的SSD产品，但实际上，相对TLC颗粒，它仅能提高1/3的存储密度，而寿命却缩短了将近10倍！

看上去QLC闪存得到的容量相比损失的寿命而言似乎是得不偿失。但是SSD的使用寿命除了闪存颗粒的可擦写次数之外，还有很重要的一点，就是SSD自身的容量。

（即便不进行大容量数据拷贝操作，使用电脑时，系统盘也有产生一定的写入量。主要是来自于虚拟内存、浏览器缓存、windows系统使用以及运行应用程序时所产生的临时文件。根据每个人使用环境不同，一般来说，每天的写入量大概在10~50GB之间。上表的使用年限即是以每天50GB写入量为基准计算）

MLC的使用寿命就不说了，即便128GB容量，理论上写入寿命也能达到20年以上。

对于TLC来说，当SSD容量达到了1TB的时候，写入寿命也远远超过了128GB的MLC。

但是QLC就没这么简单了。由于只有100次可擦写寿命，用QLC颗粒做出来的128GB SSD的写入量最高只能达到13TB，重度玩家使用不到一年就报废了。当SSD容量增加到1TB的时候，写入量能达到102TB，重度使用下也能坚持5-6年。依此类推，10TB的QLC SSD的写入寿命足够正常玩家使用56年。至于100TB的QLC SSD…….

总体来说，QLC颗粒不适合做小容量SSD产品。但是当SSD容量达到2TB甚至更多的时候，就不必太在意他到底是用的TLC，还是QLC，放心使用就行了。

由于成本和容量上优势，未来民用级的大容量SSD产品将会大量使用QLC颗粒。

二、养成正常使用习惯 让SSD更长寿更快速

1、固态硬盘分区4K对齐  BIOS打开AHCI选项

SSD 4K对齐以及在BIOS开启ACHI选项的对SSD性能的影响，相信大部分玩家都有所了解， 下图是2种情况下的速度差异。

没有AHCI与 4K对齐时，在AS SSD Benchmark软件中，会出现pciide-BAD以及31K-BAD的红字。此时的性能惨不忍睹，只发挥了SDD 1/3不到的性能。

目前新出的主板基本上默认就打开了AHCI选项，所以SSD到手之后只需要在分区时注意4K对其就行了。

2、保证SSD至少有20%的可用容量

有一个朋友，他120G的固态硬盘（实际可用容量112GB），可用空间被他用的只剩下不到5GB，C盘D盘都是红彤彤的。这种做法对硬盘的危害极大，不仅是寿命，就连速度也会大打折扣。

我们知道闪存颗粒有P/E擦写次数限制，因此目前的SSD都有带有均衡擦写技术，拷贝到SSD的数据不会像机械硬盘那样连续放在一起。当一块区块当前写入数据之后，马上删除掉，下次再写入时，主控会将数据存放在其他区域， 以保持每个区块的写入次数处于一个均衡的水准，不会让一个区块反复被擦写提前报废掉。

从前面我们知道，日常使用时，每天会向SSD写入10~50GB的临时文件数据。如果整个SSD只剩下5GB的可用空间，而每天至少要写入10GB数据，TLC闪存300次的可擦写寿命很快就会被消耗殆尽，所以固态硬盘一定至少要保留20%的可用空间。

上面说了对固态硬盘寿命的影响，下面再来说说可用空间不足对速度的影响。

（由于没有足够时间做测试，引入了国外某媒体的测试数据）

以上是SSD容量被使用50~100%时，读写速度的变化情况。当可用空间还剩50%的时候，㝍速度比可用空间用完时要快10倍左右。为什么同样一块固态硬盘装满数据程度不同，性能会有如此大的差距？

闪存颗粒中数据删除不是以单个的字节为单位而是以固定的区块为单位，区块大大小为256K~20MB之间。由于闪存区块数据不可直接覆写，因此所有的SSD都存在一个写入放大率的问题。

当4KB数据要写入闪存区块时，如果整个区块正好是空的，那么4K数据就直接写入，写入放大率就是1。

当4KB数据要写入闪存区块时，如果64KB的区块已经存放了48K的数据，那么不好意思，需要将原有的48K数据先复制到内存，然后主控将闪存区块的数据全部擦除，最后才会将要写入的4K数据与原有的48K数据一起写入闪存。实际上一共写入了52KB的数据，此时的写入放大率就是52/4=13。

SSD的可用空间越多，出现这种情况的几率越低。当SSD可用空间所剩无几的时候，写入放大率会随之变大，SSD的读写速度则会急剧降低。

其实SSD厂商也有考虑到上面的情况，通常会给SSD预留一些额外冗余空间。比如240GB的SSD一般会有16GB冗余空间，480GB SSD一般有32GB冗余空间，但这点空间能起到的作用很有限。

为了让SSD一直畅快运行，为了能让SSD能使用寿命更长久，请一定一定要给SSD保留至少20%的可用空间。

智能手机闪存也是使用的MLC与TLC颗粒，所以以上结论同样适用于智能手机。当您的智能手机用起来越来越慢的时候，请检查一下可用存储空间是否足够。