ในด้านอิเล็กทรอนิกส์เซลล์หลายระดับ ( MLC ) คือเซลล์หน่วยความจำ ที่สามารถจัดเก็บ ข้อมูลได้มากกว่าหนึ่งบิต เมื่อเทียบกับ เซลล์ระดับเดียว ( SLC ) ซึ่งสามารถจัดเก็บได้เพียงหนึ่งบิตต่อเซลล์หน่วยความจำเท่านั้น โดยทั่วไปแล้ว เซลล์หน่วยความจำจะประกอบด้วยMOSFET ( ทรานซิสเตอร์สนามแม่เหล็กโลหะออกไซด์เซ มิคอนดักเตอร์ ) แบบฟลัวเกตเพียงตัวเดียว ดังนั้นเซลล์หลายระดับจึงช่วยลดจำนวน MOSFET ที่จำเป็นในการจัดเก็บข้อมูลในปริมาณเท่ากันกับเซลล์ระดับเดียว

เซลล์สามระดับ ( TLC ) และเซลล์สี่ระดับ ( QLC ) เป็นหน่วยความจำ MLC เวอร์ชันหนึ่ง ซึ่งสามารถจัดเก็บข้อมูลได้สามและสี่บิตต่อเซลล์ตามลำดับ บางครั้งชื่อ " เซลล์ หลาย ระดับ" จะใช้เพื่ออ้างถึง "เซลล์ สอง ระดับ" โดยเฉพาะโดยรวมแล้ว หน่วยความจำเหล่านี้มีชื่อเรียกดังนี้:

1. เซลล์ระดับเดียว หรือ SLC (1 บิตต่อเซลล์)
2. เซลล์หลายระดับหรือ MLC (2 บิตต่อเซลล์) หรืออีกทางเลือกหนึ่งคือเซลล์สองระดับหรือ DLC
3. เซลล์สามระดับ หรือ TLC (3 บิตต่อเซลล์) หรือ MLC 3 บิต
4. เซลล์แบบควอดเลเวล หรือ QLC (4 บิตต่อเซลล์)
5. เซลล์เพนตาเลเวลหรือ PLC (5 บิตต่อเซลล์) – ปัจจุบันอยู่ระหว่างการพัฒนา^{[ 1 ]}

โปรดสังเกตว่าคำศัพท์นี้อาจทำให้เข้าใจผิดได้ เนื่องจาก " เซลล์ระดับ n " ในความเป็นจริงแล้วใช้ประจุ²ⁿ ระดับเพื่อเก็บข้อมูล nบิต (ดูด้านล่าง)

โดยทั่วไปแล้ว เมื่อจำนวน "ระดับ" เพิ่มขึ้น ประสิทธิภาพ (ความเร็วและความน่าเชื่อถือ) และต้นทุนของผู้บริโภคจะลดลง อย่างไรก็ตาม ความสัมพันธ์นี้อาจแตกต่างกันไปในแต่ละผู้ผลิต

ตัวอย่างของหน่วยความจำ MLC ได้แก่ MLC NAND flash , MLC PCM ( หน่วยความจำแบบเปลี่ยนเฟส ) เป็นต้น เช่น ในเทคโนโลยี SLC NAND flash แต่ละเซลล์สามารถอยู่ในสถานะใดสถานะหนึ่งจากสองสถานะ โดยเก็บข้อมูลได้หนึ่งบิตต่อเซลล์หน่วยความจำ MLC NAND flash ส่วนใหญ่ มีสถานะที่เป็นไปได้สี่สถานะต่อเซลล์ ดังนั้นจึงสามารถเก็บข้อมูลได้สองบิตต่อเซลล์ ซึ่งจะลดระยะห่างระหว่างสถานะต่างๆ และทำให้เกิดโอกาสเกิดข้อผิดพลาดมากขึ้น เซลล์หลายระดับที่ออกแบบมาเพื่ออัตราข้อผิดพลาดต่ำบางครั้งเรียกว่าMLC ระดับองค์กร ( eMLC )

เทคโนโลยีใหม่ เช่น เซลล์หลายระดับและแฟลช 3 มิติ และปริมาณการผลิตที่เพิ่มขึ้นจะทำให้ราคาลดลงอย่างต่อเนื่อง^{[ 2 ]}

หน่วยความจำแฟลชเก็บข้อมูลในเซลล์หน่วยความจำแต่ละเซลล์ ซึ่งทำจาก ทรานซิสเตอร์ MOSFET แบบลอยตัวตามธรรมเนียมแล้ว แต่ละเซลล์จะมีสองสถานะที่เป็นไปได้ (แต่ละสถานะมีระดับแรงดันไฟฟ้าหนึ่งระดับ) โดยแต่ละสถานะแทนค่าหนึ่งหรือศูนย์ ดังนั้นจึงเก็บข้อมูล ได้หนึ่ง บิต ในแต่ละเซลล์ใน เซลล์ระดับเดียวหรือหน่วยความจำแฟลช SLC หน่วยความจำ SLC มีข้อดีคือความเร็วในการเขียนสูงกว่า การใช้พลังงานต่ำกว่า และอายุการใช้งานของเซลล์ยาวนานกว่า อย่างไรก็ตาม เนื่องจากหน่วยความจำ SLC เก็บข้อมูลได้น้อยกว่าต่อเซลล์เมื่อเทียบกับหน่วยความจำ MLC จึงมีต้นทุนการผลิตต่อเมกะไบต์สูงกว่า เนื่องจากความเร็วในการถ่ายโอนที่สูงกว่าและอายุการใช้งานที่ยาวนานกว่าที่คาดไว้ เทคโนโลยีแฟลช SLC จึงถูกนำมาใช้ในเมมโมรี่การ์ด ประสิทธิภาพสูง ในเดือนกุมภาพันธ์ 2016 มีการตีพิมพ์งานวิจัยที่แสดงให้เห็นว่าในทางปฏิบัติแล้วความน่าเชื่อถือของ SLC และ MLC แตกต่างกันเพียงเล็กน้อย^{[ 3 ]}

หน่วยความจำแฟลชแบบเซลล์ระดับเดียว (SLC) อาจมีอายุการใช้งานประมาณ 50,000 ถึง 100,000 รอบการเขียน/ลบ^{[ 4 ]}

เซลล์ระดับเดียวจะแสดงค่า 1 เมื่อเกือบว่างเปล่า และค่า 0 เมื่อเกือบเต็ม มีบริเวณความไม่แน่นอน (ระยะขอบการอ่าน) ระหว่างสถานะที่เป็นไปได้สองสถานะ ซึ่งข้อมูลที่เก็บไว้ในเซลล์ไม่สามารถอ่านได้อย่างแม่นยำ^{[ 5 ]}

ข้อดีหลักของหน่วยความจำแฟลช MLC คือต้นทุนต่อหน่วยพื้นที่จัดเก็บที่ต่ำกว่าเนื่องจากความหนาแน่นของข้อมูลที่สูงกว่า และซอฟต์แวร์อ่านหน่วยความจำสามารถชดเชยอัตราข้อผิดพลาดบิตที่สูงขึ้นได้[ 6 ^{]อัตราข้อ}ผิดพลาดที่สูงขึ้นทำให้จำเป็นต้องมีรหัสแก้ไขข้อผิดพลาด (ECC) ที่สามารถแก้ไขข้อผิดพลาดบิตได้หลายบิต ตัวอย่างเช่น ตัวควบคุมแฟลช SandForce SF-2500 สามารถแก้ไขได้ถึง 55 บิตต่อเซกเตอร์ 512 ไบต์ โดยมีอัตราข้อผิดพลาดในการอ่านที่ไม่สามารถกู้คืนได้น้อยกว่าหนึ่งเซกเตอร์ต่อ การอ่าน^{10¹⁷ บิต [ 7 ]}อัลกอริทึมที่ใช้กันทั่วไปมากที่สุดคือ Bose–Chaudhuri–Hocquenghem ( รหัส BCH ) ^{[ 8 ]}ข้อเสียอื่นๆ ของ MLC NAND ได้แก่ ความเร็วในการเขียนที่ต่ำกว่า จำนวนรอบการเขียน/ลบที่ต่ำกว่า และการใช้พลังงานที่สูงกว่าเมื่อเทียบกับหน่วยความจำแฟลช SLC

ความเร็วในการอ่านอาจต่ำกว่าสำหรับ MLC NAND เมื่อเทียบกับ SLC เนื่องจากจำเป็นต้องอ่านข้อมูลเดียวกันที่แรงดันเกณฑ์ ที่สอง เพื่อช่วยแก้ไขข้อผิดพลาด อุปกรณ์ TLC และ QLC อาจต้องอ่านข้อมูลเดียวกันมากถึง 4 และ 8 ครั้งตามลำดับเพื่อให้ได้ค่าที่สามารถแก้ไขได้โดย ECC ^{[ 9 ]}

หน่วยความจำแฟลช MLC อาจมีอายุการใช้งานประมาณ 1,000 ถึง 10,000 รอบการเขียน/ลบ ซึ่งโดยทั่วไปแล้วจำเป็นต้องใช้ระบบไฟล์แฟลชที่ออกแบบมาเพื่อแก้ไขข้อจำกัดของหน่วยความจำแฟลช เช่น การใช้การปรับระดับการสึกหรอเพื่อยืดอายุการใช้งานของอุปกรณ์แฟลช

Intel 8087ใช้เทคโนโลยีสองบิตต่อเซลล์สำหรับไมโครโค้ดROM ^{[ 10 ]}และในปี 1980 เป็นหนึ่งในอุปกรณ์แรกๆ ในตลาดที่ใช้เซลล์ ROM หลายระดับ^{[ 11 ] [ 12 ]} ต่อมา Intel ได้สาธิต NOR flash แบบ เซลล์หลายระดับ (MLC) 2 บิตในปี 1997 ^{[ 13 ]} NECได้สาธิตเซลล์สี่ระดับในปี 1996 ด้วย ชิปหน่วย ความจำแฟลช 64 Mbitที่จัดเก็บ 2 บิตต่อเซลล์ ในปี 1997 NEC ได้สาธิต ชิป หน่วยความจำเข้าถึงแบบสุ่มไดนามิก (DRAM) ที่มีเซลล์สี่ระดับ ซึ่งมีความจุ 4 Gbit STMicroelectronicsยังได้สาธิตเซลล์สี่ระดับในปี 2000 ด้วยชิปหน่วยความจำNOR flash 64 Mbit ^{[ 14 ]}   

MLC ใช้เพื่ออ้างถึงเซลล์ที่เก็บข้อมูล 2 บิตต่อเซลล์ โดยใช้ค่าประจุหรือระดับ 4 ค่า MLC 2 บิตจะมีระดับประจุเดียวที่กำหนดให้กับชุดค่าผสมที่เป็นไปได้ทั้งหมดของเลขหนึ่งและศูนย์ ดังนี้: เมื่อใกล้เต็ม 25% เซลล์จะแสดงค่าไบนารี 11; เมื่อใกล้ 50% เซลล์จะแสดงค่า 01; เมื่อใกล้ 75% เซลล์จะแสดงค่า 00; และเมื่อใกล้ 100% เซลล์จะแสดงค่า 10 อีกครั้งหนึ่ง จะมีช่วงความไม่แน่นอน (ระยะขอบการอ่าน) ระหว่างค่าต่างๆ ซึ่งข้อมูลที่เก็บไว้ในเซลล์ไม่สามารถอ่านได้อย่างแม่นยำ^{[ 15 ] [ 5 ]}

ณ ปี 2013 ไดรฟ์โซลิดสเตท บางรุ่น ใช้ส่วนหนึ่งของชิป MLC NAND ราวกับว่าเป็นชิป SLC NAND แบบบิตเดียว ทำให้มีความเร็วในการเขียนสูงขึ้น^{[ 16 ] [ 17 ] [ 18 ]}

ณ ปี 2018 MLC เชิงพาณิชย์เกือบทั้งหมดเป็นแบบระนาบ (กล่าวคือ เซลล์ถูกสร้างขึ้นบนพื้นผิวซิลิคอน) ดังนั้นจึงอยู่ภายใต้ข้อจำกัดด้านการขยายขนาด เพื่อแก้ไขปัญหาที่อาจเกิดขึ้นนี้ อุตสาหกรรมกำลังมองหาเทคโนโลยีที่สามารถรับประกันการเพิ่มความหนาแน่นในการจัดเก็บข้อมูลให้สูงกว่าข้อจำกัดในปัจจุบัน หนึ่งในเทคโนโลยีที่มีแนวโน้มดีที่สุดคือ 3D Flash ซึ่งเซลล์จะถูกเรียงซ้อนกันในแนวตั้ง จึงหลีกเลี่ยงข้อจำกัดของการขยายขนาดแบบระนาบได้^{[ 19 ]}

ในอดีต อุปกรณ์หน่วยความจำบางตัวใช้แนวทางตรงกันข้าม โดยใช้เซลล์สองเซลล์ต่อบิตเพื่อให้ได้อัตราข้อผิดพลาดบิตที่ต่ำยิ่งขึ้น^{[ 20 ]}

Enterprise MLC (eMLC) เป็น MLC รุ่นที่มีราคาแพงกว่า ซึ่งได้รับการปรับให้เหมาะสมสำหรับการใช้งานเชิงพาณิชย์ โดยอ้างว่ามีอายุการใช้งานยาวนานกว่าและเชื่อถือได้มากกว่า MLC ทั่วไป ในขณะเดียวกันก็ช่วยประหยัดค่าใช้จ่ายเมื่อเทียบกับไดรฟ์ SLC แบบดั้งเดิม แม้ว่าผู้ผลิต SSD หลายรายจะผลิตไดรฟ์ MLC ที่มุ่งเน้นการใช้งานในระดับองค์กร แต่มีเพียง Micron เท่านั้นที่จำหน่ายชิป NAND Flash ดิบภายใต้ชื่อนี้^{[ 21 ]}

เซลล์สามระดับ ( TLC ) เป็นหน่วยความจำ แฟลช NANDประเภทหนึ่งที่เก็บข้อมูลได้ 3 บิตต่อเซลล์โตชิบาได้เปิดตัวหน่วยความจำที่มีเซลล์สามระดับในปี 2552 ^{[ 22 ]}

ด้วยเทคโนโลยีที่มีอยู่ในปี 2021 ทำให้สามารถใช้งานโปรแกรม/ลบได้สูงสุดถึง 3,000 รอบ^{[ 23 ]}

ซัมซุงประกาศเปิดตัว NAND flash ชนิดหนึ่งที่เก็บข้อมูลได้ 3 บิตต่อเซลล์ โดยมีสถานะแรงดันไฟฟ้ารวม 8 สถานะ (ค่าหรือระดับ) และเรียกเทคโนโลยีนี้ว่า "triple-level cell" ("TLC") ซัมซุงอิเล็กโทรนิคส์เริ่มผลิตในปริมาณมากในปี 2010 ^{[ 24 ]}และพบเห็นครั้งแรกในSSD ซีรีส์ 840 ของซัม ซุง^{[ 25 ]}ซัมซุงเรียกเทคโนโลยีนี้ว่า 3-bit MLC ข้อเสียของ MLC จะถูกขยายให้ใหญ่ขึ้นใน TLC แต่ TLC มีข้อดีคือมีความหนาแน่นในการจัดเก็บข้อมูลสูงกว่าและต้นทุนต่ำกว่า^{[ 26 ]}

ในปี 2556 Samsung ได้เปิดตัวV-NAND (Vertical NAND หรือที่รู้จักกันในชื่อ 3D NAND) ที่มีเซลล์สามระดับ ซึ่งมีความจุหน่วยความจำ 128 Gbit [ ^{27 ] พวก}เขาได้ขยายเทคโนโลยี TLC V-NAND ของตนเป็นหน่วยความจำ 256 Gbit ในปี 2558 ^{[ 24 ]}และ 512 Gbit ในปี 2560 ^{[ 28 ]}   

Enterprise TLC (eTLC) เป็น TLC เวอร์ชันที่มีราคาแพงกว่า ซึ่งได้รับการปรับให้เหมาะสมสำหรับการใช้งานเชิงพาณิชย์

หน่วยความจำที่เก็บข้อมูล 4 บิตต่อเซลล์ มักเรียกว่าเซลล์ระดับควอด ( QLC ) ตามธรรมเนียมที่กำหนดโดย TLC ก่อนการคิดค้น QLC คำว่า "QLC" มีความหมายเหมือนกับ MLC ในการอ้างถึงเซลล์ที่มีสถานะแรงดันไฟฟ้า 4 สถานะ กล่าวคือ เซลล์ที่เก็บข้อมูล 2 บิตต่อเซลล์ ซึ่งปัจจุบันเรียกอย่างชัดเจนว่า DLC

เนื่องจากจำนวนขั้นแรงดันไฟฟ้าที่ต้องการเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วสำหรับแฟลชระดับสูง อายุการใช้งานของ QLC จึงลดลงเหลือสูงสุด 1,000 รอบการเขียน/ลบ^{[ 23 ]}

ในปี พ.ศ. 2552 Toshiba และSanDiskได้เปิด ตัวชิปหน่วยความจำ แฟลช NANDที่มีเซลล์ระดับควอด ซึ่งเก็บข้อมูลได้ 4 บิตต่อเซลล์ และมีความจุ 64  กิกะบิต^{[ 22 ] [ 29 ]}

การ์ดหน่วยความจำแฟลช SanDisk X4 ซึ่งเปิดตัวในปี 2552 เป็นหนึ่งในผลิตภัณฑ์แรกๆ ที่ใช้หน่วยความจำ NAND ซึ่งเก็บข้อมูลได้ 4 บิตต่อเซลล์ โดยทั่วไปเรียกว่า quad-level-cell (QLC) โดยใช้ระดับประจุ (สถานะ) ที่แยกจากกัน 16 ระดับในทรานซิสเตอร์แต่ละตัว ชิป QLC ที่ใช้ในการ์ดหน่วยความจำเหล่านี้ผลิตโดย Toshiba, SanDisk และSK Hynix ^{[ 30 ] [ 31 ]}

ในปี 2017 โตชิบาได้เปิดตัวชิปหน่วยความจำ V-NAND ที่มีเซลล์ระดับควอด ซึ่งมีความจุในการจัดเก็บข้อมูลสูงถึง 768  กิกะบิต^{[ 32 ]}ในปี 2018 ADATA , Intel , Micronและ Samsung ได้เปิดตัวผลิตภัณฑ์ SSD บางรุ่นที่ใช้หน่วยความจำ QLC NAND ^{[ 33 ] [ 34 ] [ 35 ] [ 36 ]}

ในปี 2020 Samsung ได้วางจำหน่าย SSD QLC ที่มีพื้นที่จัดเก็บข้อมูลสูงสุดถึง 8 TB ให้กับลูกค้า ซึ่งถือเป็น SSD SATA ที่มีความจุในการจัดเก็บข้อมูลสูงสุดสำหรับผู้บริโภคในปี 2020 ^{[ 37 ] [ 38 ]}

Enterprise QLC (eQLC) เป็น QLC เวอร์ชันที่มีราคาแพงกว่า ซึ่งได้รับการปรับให้เหมาะสมสำหรับการใช้งานเชิงพาณิชย์

หน่วยความจำที่เก็บข้อมูล 5 บิตต่อเซลล์เรียกว่าเซลล์ระดับเพนตา (QLC) PLC ใช้3D NAND เป็นพื้นฐาน ณ เดือนพฤษภาคม 2023 ดูเหมือนว่า PLC ยังไม่ได้รับการนำมาใช้ในเชิงพาณิชย์อย่างมีนัยสำคัญ^{[ 39 ]}

เทคโนโลยี Pseudo SLC (pSLC) เป็นเทคโนโลยีที่จำลองการทำงานของแฟลชแบบหลายระดับ (MLC) หรือแบบสามระดับ (TLC) ทั้งหมดไปเป็นแฟลชแบบ SLC แม้ว่าความจุจะลดลง แต่ความทนทานจะเพิ่มขึ้น

• สตราต้าแฟลช

• อุปกรณ์เทคโนโลยีหน่วยความจำ Linux - NAND
• เปิดอินเทอร์เฟซ NAND Flash