摘要：广大用户对固态硬盘（SSD）更快速度、更大容量的追求从未停歇，这也给NAND闪存制造商出了一道难题。从21世纪开始，基于NAND闪存的固态硬盘开始加速普及，当时的产品采用“每单元存储1 Bit数据”（Single-Level Cell）的设计，因此被简称为SL

广大用户对固态硬盘（SSD）更快速度、更大容量的追求从未停歇，这也给NAND闪存制造商出了一道难题。从21世纪开始，基于NAND闪存的固态硬盘开始加速普及，当时的产品采用“每单元存储1 Bit数据”（Single-Level Cell）的设计，因此被简称为SLC固态硬盘。然而，在单位平方毫米内提升存储字节数，很快就遭遇了物理极限——NAND芯片上的晶体管及其他电子结构的缩小幅度存在物理上限，一旦超出这个范围，数据位就无法被稳定存储。

为解决这一问题，闪存制造商采取了多项创新点子。一方面，他们开始采用堆叠式单元设计：将更多存储单元垂直堆叠，在不改变固态硬盘外形尺寸的前提下，大幅提升存储容量。另一方面，他们研发出单单元多比特存储技术：MLC（多层单元）可实现每单元存储2 Bit数据，TLC（三层单元）能存储3 Bit，而QLC（四层单元）则可存储4 Bit。从理论上看，这似乎是空间不变、容量倍增的完美方案，但实际应用中，新结构也带来了新问题：电子泄漏现象会导致数据留存不稳定，且更纤薄的结构易受损，使得硬盘的磨损度显著增加。

如今，SLC和MLC固态硬盘已几乎绝迹。这类产品制造成本高昂，且容量存在硬性上限，早已无法满足普通用户日益增长的数据存储需求，更不用说企业级场景的海量数据存储需求了。在剩余的TLC和QLC两种主流类型中，QLC曾因口碑不佳饱受争议——不过这部分负面评价，大多源于技术刚起步时的成长阵痛。如今情况已大不相同，业界不再对TLC硬盘一边倒地推荐，新一代QLC产品对多数用户而言已足够好用，这很大程度上要归功于制造工艺的持续改进。

所有固态硬盘的存储原理本质相通，若从“单层单元（SLC）”的结构入手理解，会更为直观。每个存储单元包含控制栅极、浮置栅极，以及一个作为电子源极与漏极的N沟道。当向单元的控制栅极施加电压时，电子会从N沟道被“拉”到浮置栅极中，而浮置栅极中存储的电荷状态，就是数据位的物理载体。

在SLC NAND闪存中，存储单元是串联连接的，这使得数据读取过程更为复杂：读取某个单元的数据时，需要激活该单元的控制栅极，同时向串联电路中其他所有单元施加约6伏的更高电压。此时浮置栅极仅需区分“有电荷”和“无电荷”两种状态，对应1 Bit数据的存储。而工程师们意识到，若能让浮置栅极承载更多种电荷状态，就能在单个单元中存储更多数据——MLC、TLC、QLC由此应运而生。

具体来看：MLC通过4种电荷状态实现每单元存储2 Bit数据；TLC需要区分8种电荷状态，对应每单元3 Bit数据；QLC则要通过16种不同的电荷状态，实现每单元4 Bit数据的存储。最终效果是：在不扩大物理设备体积的前提下，单单元存储数据量提升、单NAND芯片容量提升、整个固态硬盘的容量也随之大幅提升。

将更多数据塞进单个单元，除了带来容量优势，也引发了一系列问题。首先，QLC的耐用性远不及其他类型的NAND闪存，且对环境温度的敏感度更高；其次，电荷状态的增多增加了数据读取的复杂度——控制器需要更长时间判断单元的电荷状态，这直接导致硬盘的读写速度显著下降。

为缓解这一问题，制造商引入了“伪SLC缓存（pSLC缓存）”技术：将QLC闪存的一部分空间（通常占硬盘总容量的10%左右）临时用作SLC模式的存储区域，在数据传输过程中先将数据暂存于此，以此提升瞬时读写速度。

尽管早期QLC确实存在速度慢、可靠性存疑等问题，但随着技术成熟，如今普通用户已很难分辨TLC与QLC在日常使用中的差异。QLC早已不是劣等的选择——只要你选购的是近年推出的新款产品，并提前参考专业评测，我完全有信心推荐你使用QLC固态硬盘。

诚然，QLC NAND闪存的速度确实比SLC、MLC、TLC都慢，但这种速度差距在日常场景中几乎无法感知：无论是处理文档、浏览网页，还是运行游戏，QLC的表现都足够流畅——毕竟它的速度仍远超最快的机械硬盘。

如果你的QLC硬盘配备了DRAM缓存，速度还会进一步提升；而且固态硬盘也会默认利用部分系统内存作为缓存，进一步抵消了速度短板。只有在超低延迟需求场景（如专业视频渲染）或“高IOPS需求场景”（如数据库高频检索）中，QLC的速度劣势才可能显现。

此外，固态硬盘控制器的品质也至关重要——这也是我建议选择美光（Crucial）、三星（Samsung）、金士顿（Kingston）、SK海力士等知名品牌QLC硬盘的原因。虽然重写入任务仍可能导致QLC速度下降，但大多数用户的日常使用以读操作为主（如打开文件、加载游戏），QLC完全能满足这类场景的需求。

还有一个事实：如今的数据中心已广泛采用QLC NAND闪存，企业用户对技术选型的挑剔程度远高于普通消费者，若QLC真的不堪用，即便TLC成本更高、容量更低，企业也不会选择QLC。

如今的QLC固态硬盘，虽然与早期产品相比已不可同日而语，但目前它尚存的两个明显短板是：

·需要保留足够多的空闲空间供伪SLC缓存使用——若空闲空间不足，硬盘速度会显著下降。比如三星870 QVO的伪SLC缓存容量约占总容量的20%（如8TB型号缓存约1.6TB），顺序写入速度可达530MB/s，当剩余空间不足时，缓存无法有效回收，被迫进入QLC原生写入模式（速度仅200MB/s左右）。

·使用寿命问题——理论上QLC的擦写寿命较短，但我个人尚未遇到过QLC固态硬盘因磨损导致的故障，从实际应用来看，如果普通用户日均写入量约50GB～100GB，那么1TB QLC硬盘（TBW约200TB）可满足4～6年使用需求，也许是我的数据写入量没有硬盘更换的速度快，老旧硬盘在出现故障之前就已经被淘汰了。只要控制器的设计合理，且配备了完善的磨损均衡等优化技术，选择QLC固态硬盘应对大多数日常任务，完全无需担忧。

来源：简明科学指南