固态硬盘产品数据存储的可靠性，与NAND的质量直接相关。实际固态硬盘产品下， NAND的PE cycle是该项最直接指标体现。实际产品的PE cycle与NAND介质的老化磨损速度以及该固态硬盘控制器的纠错能力相关。

老化磨损

pMLC模式下cell的实际老化磨损情况与TLC模式基本一致，原因在于其与绝缘层磨损次数相关，而绝缘层磨损次数取决于erase/program的模式。pMLC模式下NAND仍然采用TLC erase和program，所以其磨损的程度与TLC一致。

进一步分析，NAND磨损的根本原因在于cell中电子隧穿会造成用以隔断的绝缘层损耗。NAND中cell的基本结构如下图所示。NAND的read、program、erase操作都会带来不同程度的电子隧穿，其中erase的影响最大，因为其施加的电压高且时间长，在其电子穿过绝缘层时必然会造成一定程度损耗；program的影响次之，因为其也会有电子穿过绝缘层；而read影响则基本可以忽略不记。

采用“模拟”方案的pMLC模式时，NAND的read、program、erase操作对cell的 老化磨损的速度基本相同。

纠错能力

在LDPC的ECC支持下，我们针对部分市场主流的3D TLC NAND进行了综合老化测试。实验证明这些NAND的low、mid和up page的数据存储的可靠性和保持性是存在一定差距的。采用类fast page mode方式屏蔽了最差level的page，将会有效提高整体NAND在相同强度ECC下的可靠性和数据保持性，从而可以确保数据安全的前提下达到更高的PE cycle。

以某国产NAND颗粒X1的一组实验测试数据为例，其在老化磨损3000次PE时，low和up page的RBER分别为mid page的65.7%和73.8%。也就是说在相同cell磨损情况下，low和up page比mid page的ECC强度需求更低。

在同样ECC纠错能力的LDPC支持下，基于该NAND颗粒pMLC模式，可以较原TLC模式将PE cycle提高1.1倍。

读性能

固态硬盘的存储介质为NAND Flash，其读性能上远好于写和擦除。pMLC模式对固态硬盘整体的读性能提升不明显，总体读性能变化不大。

写性能

固态硬盘的写性能，取决于存储介质NAND program操作的并发程度和速度。其中并发程度与控制器能力、实际盘片贴的NAND颗粒数目和型号相关；program的速度取决于NAND IO总线的频率和cell program的时间。pMLC模式下， NAND颗粒数目和型号未有变化，最终对写性能产生变化影响的主要因素是写数据传输和编程时间。

在NAND page program时，写操作可以被分为两个部分，一是数据的data in，即数据通过IO总线从控制器到达NAND内部register的操作。二是cell program，即数据的从NAND内部register被program到NAND实际存储单元的操作。如下图所示，在相同Channel下的多个NAND die的数据在IO总线上的传输是串行的，而cell program则可以独立并行执行。其中IO总线的传输速度由其频率决定，cell program的时间则由NAND决定。

这就意味着，最终该channel下的极限program的性能受限于如下两者中差的那个：

多die数据在IO总线上串行传输性能。

多die并发执行cell program的性能。

如上图所示，在channel内die并发度较高，IO总线性能较低，cell program速度较快时，通常写性能最终受因素1影响；

否则，写性能最终受因素2影响。具体见上图所示。

pMLC模式下的性能与其实现方案有关。在TLC中剔除一个level的page，当前有两种处理方案：

第一种是采用正常TLC的program命令序列，被剔除的page采用填充dummy数据program，这种方式会导致channel的IO总线的数据有效性降至原来的2/3。并且由于原TLC模式下一次one-pass program可以实际写入更多的page，在cell program上也同样存在1/3的性能下降。NAND的写性能较TLC模式有一定程度的下降。

第二种是改变TLC的program命令序列，只下发未剔除的两个level page的数据到NAND。这种方式可以确保所有的IO总线资源均用于传输有效数据，总线的数据有效性与原TLC模式保持一致。但原TLC模式下一次one-pass program可以实际写入更多的page，在cell program上性能依然存在1/3的下降。此时如果channel内并发度的die个数较高，NAND的写性能与TLC模式可以保持一致。

总体上，采用“模拟”方案的pMLC模式对NAND program的效率有一定程度的下降。但由于常见的TLC固态硬盘均需要引入pSLC cache来提高可靠性和性能，而pMLC模式可以降低甚至取消对pSLC cache的依赖，所以该模型下的固态硬盘可以确保写性能总体与原TLC模式保持一致。

为了完整的验证PMLC模式下固态硬盘的产品稳定性、可靠性和性能等情况，尧云科技进行了全面的测试验证。主要测试用例包括如下：

效果

经过实验室严格测试，相同型号的固态硬盘产品在pMLC模式下的测试结果满足需求。