对pSLC和2246EN强壮页Strong Page的理解，希望可以终结闪存原理和寿命差别之争

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       一直以来论坛中关于pSLC的原理和46EN的强壮页Strong Page是不是pSLC、pSLC的原理是什么有诸多争端，如：
tlc写入一次，要隧穿写入7次,Qlc写入一次，要隧穿写入15次
       根据个人结合一些资料的理解，NAND Flash充放电都磨损浮栅晶体管和衬底间的SiO2绝缘层，参考：
如何浅显易懂地解释「闪存」？它的存储原理是什么？

       其中可见所有的闪存都被设计为高电平表示0，低电平表示1，也就是浮栅晶体管中电子少表示1，电子多表示0，其中读取只是用一组较低的电压比较闪存的电压从而得出电平的相对高低，在此过程中并没有发生电子的隧穿，因此不会磨损闪存寿命，参考：闪存阈值电压(Vt)的编码及TLC的2-3-2读取



       因此可以得出不管是SLC、MLC、TLC、QLC还是未来的PLC，闪存的基本结构仍然是一个一个的浮栅晶体管，存储的方式也是对他们进行充电，不同的是虽然随着闪存的发展，VCCQ电压从3.3V降到了1.2V，同时电压划分的更加精细，使得不同0、1状态间的电子数量差异更小了，也就是不同状态的电压差异更小即Vth阈值电压差异小，使得充电的电压精细度要求更高，好比SLC因为只有两种电压状态，因此0.8-3.3V都会被认为表示bit=0，只有0-0.7V才会被认为是bit=1，所以充满电3.3V，可以一直漏电，只要不低于0.8V，比特位都可以正确读取；而QLC因为有16种电压状态，同时VCCQ只有1.2V，所以1.18-1.2V表示bit=0000，1.15-1.17V表示bit=0001（数据仅作比方，非真实值），中间的电压差异极小，可能漏几个电子电压就从0000变成0001了，就使得正确比较它们的状态变得更加困难，说人话就是电子放久了自己跑了，比较出来的电平就从0变成1了，因此产生了误码，需要ECC纠错来处理，这也就是我们常说的冷数据掉速问题。同时2D MLC、TLC后期为了提高存储密度而不断更新更小的制程工艺，比如14-16nm等，绝缘层的变薄也使得浮栅晶体管困住电子更加困难，因此SK Hynix 16nm的“漏电王”由来就不难理解，进入到3D制程时代后，晶体管由平面分布转为了立体堆叠，空间上的宽裕使得存储厂商可以用更高nm的制程工艺加厚了绝缘层，漏电问题基本上不再出现。
       话说回pSLC和46EN的强壮页Strong Page究竟是什么，论坛的人始终无法达成共识，但是我认为关于pSLC，技术员小唐是正确的：


       但是根据前文引述浮栅晶体管的结构可知，小唐在此说的放电不消耗SiO2绝缘层的说法不正确，因为无论放电充电，电子都要隧穿过浮栅晶体管和基低之间的绝缘层。同时擦除是晶体管放电，编程是晶体管充电。

       但是这位坛友说的pSLC就是快页编程Fast Page Mode我不同意，参考：Blog: 使用 eMMC 闪存设备的磨损估计

       其中用MLC为例明确指出pSLC和快页编程Fast Page Mode不同，pSLC可以大幅延长MLC寿命，而快页编程不能；文中还提到了pSLC的寿命不能与原生SLC相比，但是没有细说原因，个人推测虽然比较电压的原理与SLC相同，因此虽然pSLC模式可以容忍漏走更多的电子而不发生比特翻转，但是由于制程更加先进，绝缘层更薄，因此绝缘层的物理抗磨损性肯定是比不上老制程SLC的，所以当绝缘层彻底磨穿，基本上丧失了约束电子的能力后，再多的电子也会在短时间内漏掉，从而使比特位由0变为1，从而产生大量误码，这也意味着颗粒彻底报废，这个理论与N18A、N28A等QLC一开始就开pSLC拥有上万次寿命，但是在QLC模式下工作直到磨穿了之后再开pSLC也活不久的实际情况相符。
       同时在一篇已经找不到的帖子中小唐曾经说过他测试过46EN的Strong Page模式会让速度更快，但是不能增加闪存寿命，因此我推测46EN的强壮页Strong Page就是快页编程Fast Page Mode。当然信息过少无法交叉验证，还希望大佬们可以出来解惑。
      还是用MLC举例，为什么快页编程可以更快但是不能延长寿命我个人是这么理解的：同一个型号的MLC中，pSLC升了0比特位的电压阈值范围Vth，类似前文比喻中的SLC的3.3V-0.8V的有效电压范围，使得写入时对电路的电压精度要求低，但是快页编程时仅仅是读取时只区分两个电压状态，因此写入时较高电压部分的两个状态被舍弃了，所以需要的编程电压比较低，进入浮栅晶体管的电子变少了，所以速度得以提升，但是由于0比特位的电压范围并没有变化，读取时比较电压的范围也没有变化，因此只是损失了一般容量，速度提升，但是不能像pSLC一样提升寿命。两者区别可以看我的手绘图，画的不好请见谅。




       关于闪存VCCQ电压，ONFI 规范5.0中2.11节指出闪存在3.3V下可以运行于SDR异步模式或NV-DDR同步模式；在1.8V下可以运行于SDR、NV-DDR、NV-DDR2；在1.2V下可以运行于NV-DDR3、NV-LPDDR4模式。可以看出来随着电压下降，闪存的传输速率是逐步提高的，个人推测是因为电压降低后控制极相对于晶体管的电压差变小了，能穿过去的电子数量减少了，因而可以以更快的速度编程，然而更少的电子也意味着数据的可靠性更低，这点也许可以从某些体质不好的闪存比如自封黑片N18A跑在1.2V不稳，但是跑在1.8V就相对稳定得到证实。从理论上来说，是否可以认为用更高的VCCQ电压工作会牺牲传输速率但是提高寿命和稳定性？但是电压高也就意味着穿过绝缘层的电子增多，对绝缘层的磨损也就增大了，反而不利于寿命，因此似乎出现了一个“电压悖论”，难道老制程SLC和MLC纯靠很厚的绝缘层硬扛吗？希望大佬能够解答。
       本人不才，只是出于爱好玩玩量产、开卡，在论坛里跟着大佬们学习了很多，受益匪浅，关于NAND Flash的原理的理解粗浅，难免有不少错漏之处，还望大佬们予以指正。希望可以借这个帖子抛砖引玉，大家都来分享一下自己的理解，真理越辩越明，希望各位和气交流，一同进步！



补充内容 (2023-12-26 17:05):
https://www.kioxia.com/en-jp/rd/technology/multi-level-cell.html
来自KIOXIA铠侠官网的闪存基本原理科普

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什么是pSLC Nand Flash？有什么优点呢？这是pSLC模式与快速页面模式的原理以及区别的科普，其中提到了pSLC需要存储厂商需要开放特殊指令才能配置，说明不是任何颗粒都支持pSLC的，但是快页模式由于不改变阈值电压，只需要主控支持就可以了。

thh-1980

b站上小飞机演示过，把小黄鱼上摆烂的MLC颗粒成功进化为(伪)SLC固态，确实可以过五年老化测试，据说能续命

南觞若

楼主牛的，认真有用的科普

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thh-1980 发表于 2023-12-21 17:52
b站上小飞机演示过，把小黄鱼上摆烂的MLC颗粒成功进化为(伪)SLC固态，确实可以过五年老化测试，据说能续命 ...

理论上来说也元气大伤了，不过果然还是MLC啊，我的两片N18A，AS2258、59XT、3111全开不过，上6989开pSLC，256G的QLC颗粒才开出来23G pSLC，数据几个月都没事，也算是烂片最后的归属。

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南觞若 发表于 2023-12-21 18:36
楼主牛的，认真有用的科普

感谢支持，大家多多讨论就更好了

perter

007 发表于 2023-12-21 20:03
感谢支持，大家多多讨论就更好了

你的理论部分我都很赞同，但是你唯一没考虑过的就是“BUG”，对于其他量产工具而言，pSLC和强页面只能算是异曲同工，在底层甚至风马牛不相及，但是在SMI225X 224X上面开启强页面会在某些特定版本的量产工具上面触发pSLC模式，这就是谣言的由来，为啥我把BUG打上双引号，是因为没有证据表明这个意外到底是SMI有意为之还就是一个偶然BUG

不言不贤

可以可以，楼主基本功扎实啊

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perter 发表于 2023-12-21 22:54
你的理论部分我都很赞同，但是你唯一没考虑过的就是“BUG”，对于其他量产工具而言，pSLC和强页面只能算是 ...

这个强页的确来的莫名其妙，SMI在46EN之前和之后的主控都没有，58XT的客制化SLC应该是pSLC没跑，虽然被隐藏起来了要改参数开启，但是理论上TLC、QLC一样可以有这种快速编程模式，为什么都统一变pSLC了，搞不懂啊。而且MLC一样可以pSLC，为什么要弄一个速度差不多，但是寿命没有提升的强页？

007

不言不贤 发表于 2023-12-21 23:13
可以可以，楼主基本功扎实啊

这不是每次说到闪存的基本原理都要在论坛里吵起来，就想着了解一下具体怎么工作，看看能不能科普一下终结大家的疑惑

325804

认真有用的科普

007

325804 发表于 2023-12-22 08:44
认真有用的科普

感谢支持

007

testzhou 发表于 2023-12-22 09:04
不懂就帮顶！！

感谢帮顶

dongfangw

楼主的钻研精神可嘉。但是通篇到处都是简单到可笑的错误。为了避免争议我就不解释了，以前我发过这种帖子都已经仔细说过。每个人的理解能力和认知水平都不同，也没必要强行扭转人家的看法。 就仁者见仁智者见智吧，比如唐大师就一口咬定说闪存的写入过程就是一级一级的放电， 还说qlc颗粒一次就可以写入全部的16个状态,那就意味着qlc颗粒的直写速度比slc还要快16倍。简直是幼稚到家震撼无比没法形容了。,,,,,,,,,,,,,,,,想当终结者那得有终结者的水平啊，不知楼主是否有能力解决两个04tl06b颗粒上58xt主控开满容量的问题？解决不了那就远远称不上终结者。

007

dongfangw 发表于 2023-12-22 11:50
楼主的钻研精神可嘉。但是通篇到处都是简单到可笑的错误。为了避免争议我就不解释了。每个人的理解能力和认 ...

如果您有高见，欢迎解答大家疑惑，既然都来论坛了，想必也不是什么深居简出的神仙，懂原理的话就指出问题，也当一起为坛友科普，不然和上治癌症下治感冒但是就是拿不出方子的所谓“深山老中医”有什么区别呢？还有我从未以什么终结者自居，只是希望大家都能讨论，进而结束争论，我讲的或许有问题，那就指出问题由真正明白的人来终结。而且我不知道闪存原理的讨论和04T L06B上58XT有什么关系，而且我帮你问过了，都说是开的出来，只不过你的片子太烂或者是参数不会调，我只有B16A的04T，没办法帮你亲自验证一下啦。

dongfangw

007 发表于 2023-12-22 14:02
如果您有高见，欢迎解答大家疑惑，既然都来论坛了，想必也不是什么深居简出的神仙，懂原理的话就指出问题 ...

所有的原理在我以前的帖子里都有解释。就看个人的理解能力了，闪存讨论和l06b上58 XT当然也有关系,,技术工厂出身的唐大师就解决不了这个问题说明他认知水平远远不够，我说的是两个04tl06b颗粒上58xt开满容量,,不是一个颗粒,目前我还没见过第二个人能开满容量的，那几个整天说别人小人的大神其实都是智力有问题都一口咬定说开不成满容量，反正我是开出满容量出来了。你要是连这个有名颗粒都没玩过的话那就不讨论了。

阿粗

看到排版就知道要花很多时间学习，谢谢分享

争锋麦芒

这种问题其实已经讨论太多了，如果PSLC真的有用，那么强如闪存的发明者东芝现在还在生产全新的8S2F，SLC最强的不是寿命，我在很久以前帖子就说过了，是SLC能在颗粒寿命耗尽的时候能读取，但是不能写入，这是MLC ,TLC变SPLC完全做不到的，楼上有个S X你听听就行了

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阿粗 发表于 2023-12-22 16:26
看到排版就知道要花很多时间学习，谢谢分享

感谢回帖，一同进步

007

争锋麦芒 发表于 2023-12-22 17:08
这种问题其实已经讨论太多了，如果PSLC真的有用，那么强如闪存的发明者东芝现在还在生产全新的8S2F，SLC最 ...

说到东芝的SLC，我想起了一个神奇的颗粒，就是BiCS4的东芝XL-FLASH，TH58LJT0SA4BA8H，闲鱼卖78块钱，以前卖99，这个东西似乎是和BiCS4 TLC共线生产的，感觉是原生pSLC，也就是出厂就定死了按SLC模式运行的，这个颗粒卖了很久了，也引起过论坛的讨论，但是始终没有大佬搞来试试看能不能开卡。这种XL-FLASH应该是东芝当年为了狙击英特尔傲腾搞出来的东西，三星也推出了Z-NAND，代表产品SZ985。

perter

007 发表于 2023-12-22 17:16
说到东芝的SLC，我想起了一个神奇的颗粒，就是BiCS4的东芝XL-FLASH，TH58LJT0SA4BA8H，闲鱼卖78块钱，以 ...

这种不是原生pslc，就是slc，只是用的tlc基底罢了，比如bokb用的就是l06b的基底，m16就是n18的基底，还有三星384Gbmlc其实是256Gb tlc的基底，使用相同基底只能说使用同一生产线，要想在两个模式间切换需要指令，切换成功就是原生，2d时代m73后期就是l74的基底，m84和l85直接共线生产