2、NAND Flash 选型（上）：SLC/MLC/TLC/QLC 区别与寿命，Page/Block/Plane 结构，读写擦除特性，我踩过的坑：误用TLC做代码存储

大家好，我是老周。今天咱们聊聊NAND Flash选型的上半部分。

说实话，NAND Flash这玩意儿，看着简单，坑是真不少。我见过太多工程师，拿着数据手册随便一翻，选个便宜的TLC就往上怼，结果产品出货三个月，批量返修。嗯，我自己也干过这种蠢事，后面会讲。

2.1 SLC/MLC/TLC/QLC：一字之差，天壤之别

先搞清楚这四种闪存单元的区别。说白了，就是每个存储单元能存几个bit。

• SLC（Single-Level Cell）：1个单元存1bit。只有0和1两种状态。
• MLC（Multi-Level Cell）：1个单元存2bit。有00、01、10、11四种状态。
• TLC（Triple-Level Cell）：1个单元存3bit。八种电压状态。
• QLC（Quad-Level Cell）：1个单元存4bit。十六种电压状态。

你想想看，电压状态越多，区分起来就越困难。就像考试，SLC是及格/不及格，MLC是ABCD四档，TLC是八档，QLC是十六档。档位越多，判卷老师越容易看花眼。

这直接决定了它们的寿命和性能。我整理了一个表，大家存一下：

类型	P/E擦写次数（典型值）	读取速度	写入速度	成本	典型应用
SLC	5万~10万次	最快	最快	最高	军工、工业控制、代码存储
MLC	3000~10000次	较快	较快	中等	消费级SSD、高端U盘
TLC	1000~3000次	一般	较慢	较低	普通SSD、大容量存储卡
QLC	100~1000次	慢	很慢	最低	归档存储、冷数据

为什么会这样？因为每次擦写，电荷穿过氧化层，都会对绝缘层造成损伤。SLC只需要区分两个电压，电压窗口大，损伤容忍度高。QLC要区分十六个电压，窗口窄得像刀锋，稍微有点磨损就读不准了。

2.2 Page/Block/Plane：NAND的三层结构

搞懂了单元类型，还得理解NAND的物理组织方式。很多新手栽跟头，就是没搞明白这三者的关系。

• Page（页）：读写的最小单位。一般是4KB、8KB或16KB。你想读一个字节？不行，必须整页读出来。
• Block（块）：擦除的最小单位。一个Block包含64页、128页或256页。一般是512KB或1MB。
• Plane（平面）：多个Block组成一个Plane。一个Die通常有2个或4个Plane。Plane之间可以并行操作。

我打个比方。Page就像一本书的一页纸，你只能整页翻看。Block就像一章，你想撕掉一章，必须整章撕掉。Plane就像书的上下册，两册可以同时翻看。

这里有个关键点，我在项目中遇到过不止一次：写之前必须先擦除。你不能直接覆盖写，必须先把整个Block擦成全1，然后再写。而且擦除次数有限，这就是P/E cycle的由来。

2.3 读写擦除特性：别把NAND当RAM用

NAND Flash的读写擦除特性，和SRAM、DRAM完全不同。我列几个关键点：

1. 读操作：以Page为单位。读一个Page大概几十微秒。读操作不影响寿命。
2. 写操作：以Page为单位。写一个Page大概几百微秒到几毫秒。写操作会消耗寿命。
3. 擦除操作：以Block为单位。擦除一个Block大概几毫秒。擦除操作消耗寿命最多。
4. 写前擦除：写入新数据前，如果目标Block已有数据，必须先擦除。
5. 位翻转：NAND天生会有位翻转错误，需要ECC纠错。

嗯，这里要注意：读操作虽然不消耗寿命，但读干扰会导致相邻单元的数据出错。所以长时间只读不写，也得定期搬移数据。这叫读刷新（Read Refresh）。

2.4 我踩过的坑：误用TLC做代码存储

教训是什么？代码存储必须用SLC或至少是工业级MLC。代码区是只读的，但升级时会写。而且代码区通常不做磨损均衡，同一个Block反复擦写，死得很快。

我现在的做法是：

• 代码区：用SLC，或者用SPI NOR Flash。NOR Flash虽然容量小，但XIP执行快，寿命长。
• 数据区：根据写入频率选。频繁写入用SLC或MLC，冷数据用TLC甚至QLC。
• 日志区：用SLC，并且做环形缓冲，磨损均衡。

下一章，我会讲NAND Flash的接口协议、ONFI和Toggle标准，以及如何根据主控选型。咱们下期见。