超越QLC：SK海力士MSC技术如何破解PLC电压态瓶颈与未来趋势

在存储行业“容量与性能平衡”的永恒博弈中，NAND闪存厂商始终面临着“加位扩容”与“速度/耐久性衰减”的两难。当QLC SSD成为消费级与数据中心存储的主流，传统PLC NAND因电压态瓶颈迟迟无法商业化。而SK海力士在2025年12月旧金山IEDM大会上推出的Multi-Site Cell（MSC）NAND技术，以“拆分单元”的创新思路，为5位NAND的落地撕开了一道口子，这会是存储技术一次关键的范式转移吗？

一、PLC的诱惑与电压态死局

NAND闪存的容量提升路径主要有两条：一是纵向堆叠层数（3D NAND的核心逻辑），二是横向增加单个存储单元（Cell）的存储位数。前者受限于半导体工艺复杂度与成本，层数提升空间逐步见顶；后者则通过增加Cell的电压态数量实现扩容，是更直接的容量突破路径，但也暗藏致命瓶颈。

单个NAND Cell的存储位数，与电压态数量呈指数关系：1位SLC需2种电压态，2位MLC需4种，3位TLC需8种，4位QLC需16种，而5位PLC则需32种电压态。电压态数量越多，相邻状态的电压间隔就越窄，感知余量（Sensing Margin）急剧缩小。这不仅导致读取时难以精准区分电压信号，可靠性下降，还会加速电子泄漏与Cell磨损，造成读写速度变慢、耐久性骤降。

目前QLC已实现大规模量产，但传统PLC技术始终停留在实验室阶段，核心症结就是“电压态壁垒”：31个电压阈值的精准控制难度极大，且PLC Cell的寿命与读取稳定性远达不到商业化标准。即便如此，PLC仍对厂商极具吸引力——相比QLC，它能让单颗NAND裸片容量提升25%，直接降低SSD等终端产品的单位容量成本。

与此同时，行业正加速优化产品路线：MLC因容量性价比不足，逐步退出消费级市场，仅在工业、车规等对耐久性要求极高的场景少量留存。厂商纷纷将资源转向QLC优化与先进制程研发，SK海力士的MSC技术，正是这一趋势下的关键突破。

二、MSC如何破解电压态瓶颈？

SK海力士的MSC技术全称为Multi-Site Cell（多位点单元），隶属于其研发三年的4D 2.0技术体系。它的核心思路并非“强行增加电压态”，而是通过“单元拆分与组合”，在不牺牲性能的前提下实现5位存储，本质是一场存储单元的“结构重构”。

传统NAND Cell为单一存储单元，需通过控制整体电压态数量来承载数据。而MSC技术将一个3D NAND Cell拆分为两个独立的“位点”（Site），每个位点作为半Cell独立工作，通过组合两个位点的电压信号来实现多比特存储。这种设计从根本上改变了电压态的分配逻辑：

• 单个位点仅设置6种电压态，无需追求极致的电压间隔，相邻状态的感知余量大幅提升，电子泄漏问题显著缓解，读写速度与耐久性得到保障。
• 两个位点的电压态组合后，可形成6×6=36种总状态，远超PLC所需的32种状态，多余的4种状态可作为冗余备份，进一步提升数据读取的可靠性。
• 从结构上看，MSC Cell采用椭圆形设计，通过填充位点间的间隙形成隔离墙，面积仅为0.96a²（传统PLC Cell面积为a²），在实现更高密度的同时，并未增加单元占用空间。

这种拆分设计带来了三大核心性能提升，直接解决了传统PLC的痛点：

• 首先是读取速度的飞跃。由于单个位点电压态少、感知难度低，且两个位点可同步并行读取，SK海力士宣称MSC技术的读取速度较传统PLC提升20倍。传统PLC因电压态密集，读取延迟远高于QLC，而MSC甚至有望接近TLC的读取性能。
• 其次是耐久性的改善。Cell磨损的核心原因是电压态切换的频繁冲击，MSC单个位点的电压态数量仅为传统PLC的1/5（6种 vs 32种），电压波动范围更小，Cell老化速度大幅减缓，其耐久性有望看齐QLC，远超传统PLC的水平。
• 最后是工艺兼容性。相比“堆叠更多层数”的3D NAND升级路径，MSC技术无需大幅增加半导体工艺步骤，仅需新增“Cell拆分、间隙填充、双位点位线连接”等少量工序，量产可行性更高，成本控制更具优势。

三、行业影响与量产挑战

MSC技术的出现，不仅打破了PLC商业化的僵局，更可能重塑NAND行业的技术路线。对厂商而言，MSC提供了“容量与性能平衡”的新范式。三星、美光、铠侠等头部厂商此前均在探索PLC技术，但均受困于电压态瓶颈，SK海力士的创新可能引发行业技术跟风，加速5位NAND的研发进程。

对终端市场而言，若MSC技术实现量产，SSD、移动存储等产品的容量将迎来跃升。相同尺寸的SSD，容量有望提升25%，而价格不增甚至下降，尤其利好数据中心、云存储等对大容量低成本存储需求旺盛的场景。同时，消费级SSD也能在保持现有尺寸的前提下，实现更大容量版本的普及。

此外，MSC技术还为更高位数NAND提供了想象空间。SK海力士已暗示，若将单个位点的电压态提升至8种，组合后可形成64种状态，足以支撑6位HLC存储，届时单裸片容量将较QLC提升50%，且性能有望保持TLC水平。

尽管技术前景广阔，但MSC目前仍处于“实验室验证”阶段，SK海力士仅展示了搭载该技术的晶圆原型，距离大规模量产仍有多重障碍：

• 一是工艺稳定性。Cell拆分、间隙填充等新增工序，对半导体制造的精度要求极高，需解决位点隔离墙的一致性、双位点信号同步等问题，确保大规模生产时的良率。
• 二是成本控制。新增工艺会带来额外的制造成本，若良率无法提升至与QLC相当的水平，MSC技术的容量性价比优势将被削弱。
• 三是生态适配。NAND控制器、固件算法需针对MSC技术重构，以支持双位点的并行读写与冗余状态管理，需与控制器厂商、SSD品牌商协同优化，这一过程通常需要耗时1-2年。

四、总结与展望：MSC开启存储技术新周期

SK海力士的MSC技术，本质是通过“架构创新”绕开了传统NAND的电压态物理极限，为5位及更高位数存储提供了可行路径。其核心价值不仅在于技术突破，更在于为行业指明了“非暴力加位”的扩容方向——当纵向堆叠与横向加位均面临瓶颈时，存储单元的结构重构或将成为下一代NAND技术的核心竞争点。

从时间线来看，SK海力士预计将在未来2-3年内推进MSC技术的量产验证。若能顺利解决良率与成本问题，2028年前后有望看到搭载MSC PLC NAND的SSD产品落地。在此期间，头部厂商大概率会跟进类似技术，行业将进入“QLC存量优化+PLC增量突破”的双轨阶段。

对行业观察者与开发者而言，深入了解此类底层硬件技术的演进，对于系统性能优化和架构设计至关重要。存储技术的每一次革新，都可能在上层应用引发连锁反应。我们后续也会在云栈社区持续关注和分享此类硬件前沿技术的深度解析。随着技术的迭代，6位HLC甚至更高位数的NAND也将逐步浮现，存储行业的“容量革命”，才刚刚拉开新的序幕。