Miniatur-DIY-Roboter mit einer USB-Flash-Platine und einer SD-Speicherkarte

Unterschied zwischen SLC, MLC, TLC und 3D NAND bei USB-Sticks, SSDs und Speicherkarten

Mai 2021

Was ist NAND?

NAND ist ein nichtflüchtiger Flash-Speicher, der Daten auch dann speichern kann, wenn er nicht an eine Stromquelle angeschlossen ist. Die Fähigkeit, Daten zu speichern, wenn die Stromversorgung ausgeschaltet wird, macht NAND zu einer großartigen Option für interne, externe und tragbare Geräte. USB-Sticks, SSDs und SD-Karten nutzen alle die Flash-Technologie und bieten Speicher für Geräte wie Mobiltelefone oder Digitalkameras.

Es gibt verschiedene NAND-Typen auf dem Markt. Vereinfacht ausgedrückt, unterscheiden sich die Typen durch die Anzahl der Bits, die pro Zelle gespeichert werden können. Die Bits stellen eine elektrische Ladung dar, die nur einen von zwei Werten aufweisen kann, 0 oder 1, Ein oder Aus.

Die wichtigsten Unterschiede zwischen den NAND-Typen sind die Kosten, die Kapazität und die Ausdauer. Die Lebensdauer wird durch die Anzahl der Programm-Lösch-Zyklen (P/E) bestimmt, die eine Flash-Speicherzelle durchlaufen kann, bevor diese abgenutzt ist. Ein P/E-Zyklus ist der Lösch- und Schreib-Prozess einer Zelle und je mehr P/E-Zyklen die NAND-Technologie unterstützt, desto besser ist die Lebensdauer des Geräts.

Gängige Typen von NAND-Flash-Speichern sind SLC, MLC, TLC und 3D NAND. In diesem Artikel werden die verschiedenen Eigenschaften der einzelnen NAND-Typen besprochen.

Eine Infografik mit den wichtigsten Unterschieden zwischen den verschiedenen NAND-Typen

SLC NAND

Pro: Höchste Lebensdauer – Kontra: Teuer und geringe Kapazitäten

Single-Level-Cell (SLC) NAND speichert nur 1 Bit an Informationen pro Zelle. Die Zelle speichert entweder eine 0 oder eine 1 und dadurch können die Daten schneller geschrieben und abgerufen werden. SLC bietet die beste Leistung und die höchste Ausdauer mit 100.000 P/E-Zyklen und damit eine längere Lebensdauer als die anderen NAND-Typen. Aufgrund der geringen Datendichte ist SLC jedoch der teuerste NAND-Typ und wird daher selten in Verbraucherprodukten eingesetzt. Typischerweise wird dieser Typ für Server und andere industrielle Anwendungen verwendet, die Geschwindigkeit und Ausdauer erfordern.

MLC NAND

Pro: Billiger als SLC – Kontra: Langsamer und geringere Lebensdauer als SLC

Multi-Level-Cell (MLC) NAND speichert mehrere Bits pro Zelle, obwohl der Begriff MLC typischerweise mit 2 Bits pro Zelle gleichgesetzt wird. MLC verfügt über eine höhere Datendichte als SLC und kann daher mit größeren Speicherkapazitäten produziert werden. MLC bietet eine gute Kombination aus Preis, Leistung und Lebensdauer. Allerdings ist MLC mit 10.000 P/E-Zyklen empfindlicher gegenüber Datenfehlern und bietet daher im Vergleich zu SLC eine geringere Lebensdauer. MLC wird in der Regel in Endkundenprodukten eingesetzt, bei denen die Lebensdauer nicht so wichtig ist.

TLC NAND

Pro: Preisgünstigster Typ und hohe Kapazitäten – Kontra: Niedrige Lebensdauer

Triple-Level-Cell (TLC) NAND speichert 3 Bits pro Zelle. Durch Hinzufügen von mehr Bits pro Zelle werden die Kosten gesenkt und die Speicherkapazität erhöht. Dies hat jedoch negative Auswirkungen auf die Leistung und die Lebensdauer, mit nur 3.000 P/E-Zyklen. Viele Endkundenprodukte nutzen TLC, da es die billigste Option ist.

3D NAND

In den letzten zehn Jahren war 3D NAND eine der größten Innovationen auf dem Flash-Markt. Die Flash-Hersteller entwickelten 3D NAND, um Probleme zu beheben, die bei der Verkleinerung von 2D NAND aufgetreten sind, um höhere Speicherdichten bei niedrigeren Kosten zu erreichen. Bei 2D NAND sind die datenspeichernden Zellen horizontal nebeneinander angeordnet. Das bedeutet, dass die Fläche, auf der die Zellen platziert werden können, begrenzt ist und der Versuch, die Zellen zu verkleinern, ihre Zuverlässigkeit verringert.

Daher beschlossen die NAND-Hersteller, die Zellen in einer anderen Dimension zu stapeln, was zu 3D NAND führte, bei dem die Zellen vertikal gestapelt sind. Die höhere Speicherdichte ermöglicht höhere Speicherkapazitäten ohne großen Preisanstieg. 3D NAND bietet außerdem eine längere Lebensdauer und einen geringeren Stromverbrauch.

Insgesamt ist NAND eine extrem wichtige Speichertechnologie, da sie schnelle Lösch- und Schreibzeiten bei niedrigen Kosten pro Bit bietet. Mit dem Wachstum der Gaming-Industrie wird sich die NAND-Technologie weiter entwickeln, um den ständig steigenden Speicherbedarf der Verbraucher zu befriedigen.

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