Tlc nand flash

С какой памятью лучше ssd — mlc или tlc

Tlc nand flash

MLC или TLC — что лучше выбрать для своего компьютера? Все пользователи, которые когда-либо использовали твердотельный накопитель (память SSD), отзываются о нем положительно.

Благодаря ему, любимые приложения загружаются быстрее, а общая эффективность системы повышается. Кроме того, эти накопители гораздо более износоустойчивые и прочные по сравнению с традиционными жесткими дисками.

Но почему некоторые типы памяти дороже, чем другие? Для ответа на этот вопрос нужно понять внутреннее устройство накопителей такого типа.

Устройство SSD

Плату SSD можно условно разделить на 3 основных блока:

  1. 3D NAND-память (не путать с NOR Flash). Эта часть используется для хранения данных в энергонезависимых блоках, которые не требуют постоянного питания от электросети.
  2. DDR. Небольшое количество энергозависимой памяти, которой нужно питание для сохранения данных. Используется с целью кэширования информации для будущего доступа. Эта опция доступна не на всех накопителях.
  3. Контроллер. Выступает в качестве посредника, соединяя 3D NAND-память и компьютер. Контроллер также содержит встроенное программное обеспечение, которое помогает управлять SSD.

NAND-память, в отличие от NOR, построена из множества ячеек, содержащих биты, которые включаются или выключаются за счет электрического заряда.

Организация этих отключаемых ячеек представляет данные, хранящиеся на SSD. Количество битов в этих ячейках также определяется разновидностью памяти. Например, в Single Level Cell (SLC) ячейка содержит 1 бит.

Накопители NOR обычно используются в сетевых устройствах.

Причина, по которой флешка SLC располагает малым объемом памяти, заключается в ее небольшом физическом размере по сравнению с другими элементами Printed Circuit Board (PCB).

Не стоит забывать, что PCB включает контроллер, память DDR и 3D NAND-память, которые нужно как-то разместить внутри системного блока персонального компьютера. Память MLC NAND удваивает количество бит на ячейку, а TLC — утраивает. Это положительно сказывается на объеме памяти.

Накопители NOR предоставляют доступ к случайной информации, из-за чего их не используют, как жесткий диск.

Есть определенные причины, по которым производители продолжают выпускать флеш-память с 1 битом на ячейку. Накопители SLC считаются самыми быстрыми и надежными, но они относительно дорогие и обладают ограниченным объемом памяти. Вот почему такое устройство наиболее предпочтительно для компьютеров, которые подвергаются сильным нагрузкам.

Что такое SLC

В противостоянии SLC vs MLC или TLC 3D всегда побеждает первый тип памяти, но он и стоит значительно дороже. Он также располагает большим объемом памяти, но работает медленнее и больше склонен к поломкам.

MLC и TLC — это типы памяти, которые рекомендуется применять для обычного повседневного использования компьютера. NOR обычно используется в мобильных телефонах и планшетах.

Осознание своих собственных потребностей поможет пользователю выбрать наиболее подходящий из всех SSD-дисков.

Эта разновидность памяти хорошо прижилась на рынке, благодаря высокой продолжительности жизни, точности и общей производительности. Такой накопитель редко устанавливается в домашних компьютерах из-за большой стоимости и малого объема памяти. Он больше подходит для промышленного использования и больших нагрузок, связанных с непрерывным чтением и записью информации.

Достоинства SLC:

  • долгий срок службы и большее количество циклов зарядки по сравнению с любым другим типом флеш-памяти;
  • меньшее количество ошибок чтения и записи;
  • может работать в более широком диапазоне температур.

Недостатки SLC:

  • высокая цена по сравнению с другими SSD;
  • сравнительно небольшой объем памяти.

Тип памяти eMLC

eMLC — это флеш-память, оптимизированная для предпринимательского сектора. Она может похвастаться улучшенной производительностью и долговечностью. Количество перезаписей варьируется от 20000 до 30000. eMLC можно рассматривать как более дешевую альтернативу SLC, которая позаимствовала некоторые преимущества у своего конкурента.

Достоинства eMLC:

  • намного дешевле, чем SLC;
  • более высокая производительность и выносливость по сравнению с обычной MLC NAND.

Недостатки eMLC:

  • проигрывает SLC в плане производительности;
  • не подходит для домашнего использования.

Флеш-память MLC для твердотельного накопителя

Память Multi Level Cell получила свое название благодаря способности хранить 2 бита данных в одной ячейке. Большим преимуществом является более низкая цена по сравнению с SLC. Меньшая стоимость, как правило, становится залогом популярности продукта. Проблема в том, что количество возможных перезаписей одной ячейки значительно меньше по сравнению с SLC.

Достоинства MLC NAND:

сравнительно низкая цена, рассчитанная на массового потребителя;
большая надежность по сравнению с TLC.

Недостатки MLC NAND:

  • менее надежная и долговечная, чем SLC или eMLC;
  • не подходит для коммерческого использования.

TLC память

Triple Level Cell — это самая дешевая разновидность флеш-памяти. Ее самый большой недостаток заключается в том, что она подходит только для домашнего использования и противопоказана к применению в предпринимательской или промышленной деятельности. Жизненный цикл ячейки составляет 3000-5000 перезаписей.

Достоинства TLC 3D:

  • наиболее дешевая SSD из всех доступных на рынке;
  • способна удовлетворить потребности большинства пользователей.

Недостатки TLC 3D:

  • наименьшая продолжительность жизни по сравнению с другими типами;
  • не годится для коммерческого использования.

Долговечность SSD

Как и все хорошие вещи в этом мире, SSD не может существовать вечно. Как было отмечено выше, жизненный цикл твердотельного накопителя напрямую зависит от того, какую он использует 3D NAND-память. Многих пользователей волнует вопрос, как долго могут функционировать более дешевые виды накопителей. По сравнению с MLC и TLC, память SLC более долговечная, но стоит дороже.

Независимые команды энтузиастов провели испытания доступных SSD потребительского класса, большинство из которых составили MLC, а 3D NAND TLC использовался только 1. Результаты оказались многообещающими. Перед выходом из строя, большинство этих устройств успели пропустить через себя 700 Тбайт информации, а 2 из них — даже 1 Пбайт. Это поистине огромное количество данных.

Можно смело отметать любые опасения по поводу того, что SSD выйдет из строя в короткие сроки.

Если вы используете MLC или TLC 3D V-NAND для такого повседневного использования, как хранение музыки, фотографий, программного обеспечения, личных документов и видеоигр, то можете быть уверены, что памяти хватит на несколько лет.

В домашних условиях невозможно нагрузить компьютер так, как это делают с корпоративными серверами. Тем, кто беспокоится о продолжительности жизни своей памяти, могут пригодиться функции вроде Self-Monitoring Analysis and Reporting Technology (S.M.A.R.T.), которые помогают отслеживать состояние SSD.

Выбор подходящего SSD

На самом деле, разница между коммерческими и потребительскими накопителями настолько огромная, что ее сложно осознать. Команды разработчиков начали делать дорогие SSD для удовлетворения более высоких запросов, связанных с высокотехнологичной деятельностью, наукой и военными разработками, которые требуют постоянной обработки информации.

Серверы на больших предприятиях — это хороший пример использования дорогих флеш-накопителей, ведь они работают по 24 часа в сутки 5-7 дней в неделю. Вот почему они нуждаются в продолжительном жизненном цикле, быстром чтении/записи и повышенной надежности.

Потребительские накопители являются урезанными версиями коммерческих. Они лишены определенных функций, но предлагают больший объем памяти. Кроме того, в мире наблюдается приятная тенденция к увеличению производительности бюджетных НАНД и снижению их стоимости.

TLC NAND — это самая бюджетная память, которая способна удовлетворить нужды большинства потребителей.

MLC-память можно рассматривать, как более продвинутый вариант NAND-памяти для людей, готовых вкладывать в свой персональный компьютер большие средства. Он подойдет и для тех, кто планирует хранить свои данные в течение многих лет.

Если на мониторе появилась надпись «NAND Flash was not detected», значит память, скорее всего, исчерпала свой ресурс и вышла из строя.

Источник: https://HDDiq.ru/tverdotelnye-nakopiteli-ssd/mlc-ili-tlc-chto-luchshe

MLC или TLC Что это такое. Рекомендации по выбору

Tlc nand flash

В прошлый раз мы разобрались с тем, что же такое SSD диск, какие форм-факторы бывают, а теперь давайте заглянем внутрь и посмотрим, из каких частей он состоит, что влияет на емкость диска, его скоростные показатели, долговечность.

Ведь от этого, в конечном итоге, зависит цена, которая активно участвует в принятии решения, какой SSD-диск купить, для каких целей использовать, придется ли идти на какие-то компромиссы, выяснять, что лучше – MLC или TLC? Или потратиться и найти SLC?

Составные части SSD-диска

Что это за «TLC» да «MLC»? Что это вообще такое? Вот сейчас и будем разбираться, ибо именно от этой аббревиатуры следует отталкиваться при выборе накопителя. Только, раз уж решили заглянуть во внутренности, кратко опишем, из чего же состоит SSD-диск:

  • Контроллер. Этакий микрокомпьютер со своей программой, управляющий обменом данных между накопителем и компьютером. Выполняет и еще массу дел по обслуживанию SSD-диска.
  • Буферная память (DDR). Небольшой объем неэнергонезависимой памяти, используемой для кэширования операций записи/чтения.
  • Флэш-память (NAND). Микросхемы энергонезависимой памяти, в которых хранится записанная на диск информация.

Все эти части важны и выполняют свою роль для достижения надежности хранения и достижения максимальной производительности накопителя. О первых двух поговорим как-нибудь в следующий раз, а сегодня остановимся на типах NAND-памяти, применяемой в современных SSD-дисках.

Типы используемой памяти

Не будем сильно вдаваться в технические подробности того, каким образом хранится информация в микросхемах памяти и почему она не пропадает при отключении диска. Скажем только, вся информация хранится в ячейках памяти, в роли которых выступают транзисторы с плавающим затвором. Именно уровень заряда, хранящегося на этом затворе, и определяет значение бита (или нескольких) информации.

Причем один транзистор используется для хранения не только одного бита, но и двух или трех. Обусловлено это стремлением увеличить емкость NAND-памяти и снизить ее стоимость в пересчете на единицу хранимых данных. За все время развития SSD разработано несколько типов памяти.

SLC

Первые появившиеся твердотельные накопители использовали именно такой типа памяти, расшифровываемый как Single-Level Cell (одноуровневая ячейка). В каждой ячейке хранился только один бит данных. Существует пороговое значение напряжения, определяющее, что хранится в ячейке. Если считываемое напряжение выше порогового, то там хранится логическая «1», если ниже – то логический «0».

Всем хороша эта технология: и скорость записи/чтения высокая, и ячейки памяти долговечные, допускающие многократную перезапись. Количество операций программирования (записи) или удаления данных называется P/E-циклы (program/erase cycles). Для SLC-памяти количество этих циклов составляет порядка 100000, что наделяет SSD-накопители с такими микросхемами NAND-памяти завидной живучестью.

К сожалению, диски этого класса дороги, да и большими емкостями похвастать не могут. Потому и нашли свое применение в основном в качестве накопителей в серверах, в датацентрах и т. п.

MLC

Увеличить емкость микросхем памяти удалось, разработав технологию Multi-Level Cell (многоуровневая ячейка). В данном случае цель состояла в том, что хранить в одной ячейке не один, а два бита информации. Для этого пришлось ввести 4 пороговых напряжения, каждое значение которых соответствовало определенной комбинации битов.

Удалось снизить стоимость накопителей, увеличив при этом плотность записи. Это были плюсы, но появились и минусы.

Несколько пороговых уровней напряжения, используемых для кодирования информации, стали чувствительными к качеству микросхем, к деградации их свойств. Количество P/E-циклов сократилось до, примерно, 10000.

Есть разновидность E-MLC, используемая для накопителей, ориентированных для серверного использования. У них параметр P/E составляет примерно 30000.

При этом увеличилось время чтения из ячейки, записи в нее и стирания. Зато это позволило сократить себестоимость и, соответственно, снизить конечную стоимость таких дисков, способствовав их широкому распространению.

TLC

Разработка новых способов уплотнения информации, хранящейся в ячейке памяти, а заодно и стремление еще больше снизить стоимость SSD-дисков, привели к появлению технологии Triple-Level Cell (трехуровневая ячейка), позволяющей в одной ячейке хранить уже 3 бита. Плотность возросла, но возросли и затраты времени на запись, стирание и чтение. Одновременно параметр P/E еще больше уменьшился, и стал составлять 1000-3000.

Это обусловлено тем, что пришлось вводить уже 8 пороговых уровней напряжений, значения которых указывают, какая комбинация битов хранится в ячейке.

Надежность хранения данных стала сильнее зависеть от качества микросхем, скорости ухудшения их свойств, изменению уровня напряжения в затворе вследствие физических процессов в кристаллической решетке, к тому же, для верного считывания информации из ячеек, пришлось с очень большой точностью определять уровень напряжения в транзисторе.

Все это отрицательно сказалось на долговечности, скорости обмена данными, зато позволило существенно удешевить конечную продукцию. Такая память стала применяться в бюджетных моделях SSD-дисков.

Тем не менее, слухи о ненадежности SSD-дисков с такой памятью существенно преувеличены. Среди характеристик моделей SSD-дисков можно найти такой параметр, как TBW (Total Bytes Written, т. е.

гарантированное количество данных, которые можно записать на диск), обычно измеряемый в ТБ (терабайтах). Например, тестируемый мной на момент написания статьи диск Plextor S2C PX-128s2c объемом 128 ГБ имеет значение TBW, равное 75 ТБ.

На данный момент без каких-либо ошибок на диск записано уже более 235 ТБ, и никаких признаков неполадок нет.

Как бы ни критиковали, как бы пренебрежительно ни относились к TLC памяти, а развивается она активно, многие производители выпускают модели на этом виде NAND-памяти. Судя по всему, именно за этой технологией будущее, по крайней мере, это касается устройств для массового рынка.

Правда, не совсем в своем изначальном варианте. Идущая на смену технология 3D TLC NAND, основываясь на применении трехбитных ячеек, предлагает весьма интересный вариант с исправлением многих недостатков, но все это достойно того, чтобы посвятить 3D-NAND отдельный материал.

Заключение. Что предпочесть, MLC или TLC

Главные аргументы против SSD-дисков на TLC памяти – это невысокая скорость выполнения операций чтения/записи и недолговечность. Давайте уточним, насколько это верно.

Если сравнивать скорость с таковой у аналогов на MLC, а уж тем более на SLC – то да, она ниже. Недаром TLC-диски – это бюджетный класс, правда, лучшие представители близко подбираются к моделям на MLC-чипах.

С другой стороны, даже недорогие варианты SSD в разы быстрее обычных жестких дисков, и даже после того, как вы начнете пользоваться твердотельными накопителями, возвращаться обратно на обычный винчестер вам не захочется.

Это касается, в первую очередь, системного диска, использование его для загрузки «тяжелых» программ или игр.

Что касается надежности… Да, может показаться, что 75 ТБ, или 150 ТБ немного.

А так ли это? Я пишу этот текст на ноутбуке, в котором вот уже более полугода в качестве системного диска трудится Plextor PX-256M6MV форм-фактора mSATA. За все время я записал на него чуть больше 1.

6 ТБ, при том, что компьютер используется каждый день. Как скоро я исчерпаю гарантированные 150 ТБ, и почему при этом он обязательно должен будет отказать?

Конечно, использовать такие диски в датацентре или рабочем сервере, может, и неважная идея, но вот для домашнего или офисного использования, особенно если не гонитесь за рекордами скорости – это более чем достойный вариант, при том, что и стоимость диска вполне приемлемая.

Другое дело – долговечность хранения информации. Использование диска для того, чтобы записать на него что-то важное и положить его на полочку может стать причиной разочарования, если спустя полгода-год-два окажется, что данные повреждены или отсутствуют. Диск вдруг стал пустым, хотя на нем было что-то записано.

В этом отношении традиционные винчестеры надежнее.

Связка SSD в качестве системного диска и традиционный «хард» для всякой всячины – оптимальная, на сегодняшний день, связка, сочетание скорости загрузки всего нужного и емкости для всего остального, нужного, но не требовательного к быстроте загрузки.

Источник: https://andiriney.ru/mlc-ili-tlc-chto-takoe/

Принцип работы NAND-памяти

Tlc nand flash

Современные мобильные гаджеты, повышение быстродействия компьютерных систем и производство недорогих, но быстрых накопителей для хранения большого объема информации напрямую связано с микросхемами памяти.

В быстродействующих устройствах хранения данных используются микросхемы флеш-памяти. Анонсировали их в 1988-89 году, когда компании Intel и Toshiba представили память с архитектурой NOR (Intel) и NAND (Toshiba). Именно вторая разновидность стала наиболее популярной, так как имела больше возможностей для миниатюризации. Почему, сейчас разберемся.

Основой всей технологии флеш-памяти, в том числе и NAND, является полевой транзистор с плавающим затвором. В общем случае его структура выглядит так:

Перед нами обычный полевой транзистор, у которого, помимо управляющего, появился еще один затвор. Так вот в этом затворе, называющемся «плавающий», как раз и кроется вся особенность технологии.

Дело в том, что этот затвор и полупроводник, представляющий собой канал транзистора между стоком и истоком, разделяет тонкий слой диэлектрика. Электроны воздействии положительного напряжения к затвору, смогут не только направиться по своему обычному пути внутри полупроводника, но и «перескочить» с помощью инжекции или туннелирования через слой диэлектрика в плавающий затвор.

Разумеется, так смогут сделать не все электроны, а только их часть — те, которые получили большую энергию. При этом они не пробивают слой диэлектрика в физическом смысле, а в соответствии со своими квантово-волновыми свойствами «перепрыгивают» сразу в плавающий затвор. Вернуться обратно «перепрыгнувшие» электроны не могут, так как у них для этого не хватает энергии.

То есть, мы можем подать напряжение и тем самым «затащить» электроны в плавающий затвор.

Они там останутся,  когда мы включим транзистор в следующий раз ­— заряд, сосредоточенный на плавающем затворе окажет влияние на расположенный под ними канал между стоком и истоком: пропустит или не пропустит ток через транзистор независимо от напряжения на управляющем затворе. В самом простом случае мы получаем два состояния — ток есть или тока нет. Ноль и единицу. Что нам и требовалось.

Причем это состояние может сохраняться достаточно долго. Конечно, это время не бесконечно. Постепенно заряд на «плавающем» затворе потеряется. Но этого времени вполне достаточно для хранения информации в реальных условиях применения, так как речь идет о годах.

Разумеется, записанную информацию, то есть, заряд на плавающем затворе, можно стереть.

Для этого достаточно подать на управляющий затвор напряжение обратной полярности, чтобы электроны смогли покинуть плавающий затвор и вернулись в проводящий канал транзистора.

До этого времени заряд и логическое состояние транзистора сохраняется из-за того, что энергии электронов недостаточно для преодоления потенциального и физического барьера в виде тонкого слоя диэлектрика.

https://www.youtube.com/watch?v=Bz7qUUc3eD4

В процессе развития и миниатюризации технология изготовления полевых транзисторов с плавающим затвором менялась и совершенствовалась.

Если первые элементы памяти создавали в планарном виде на поверхности кристалла, то сейчас используется технология 3D NAND или V-NAND (разные маркетинговые названия), в которой структура транзистора сформирована не на горизонтальной плоскости, а на вертикальной.

Это позволяет экономить площадь и увеличивать объем памяти, который размещается в одной микросхеме. Принцип работы транзистора при этом остается прежним.

Кроме того, сейчас используют не только металлические плавающие затворы. Появились технологии изготовления кристаллов микросхем, повышающие их надежность и позволяющие удерживать заряд в течение большего времени.

Например, компания Samsung использует для захвата зарядов и работы в качестве «плавающего затвора» изолированные области из непроводящего материала нитрида кремния SiN. Они называются 3D Charge Trap Flash — «ловушки заряда».

Их применение увеличивает срок хранения заряда, а, следовательно, и информации в ячейке, а также делает микросхемы экономичнее в плане энергопотребления.

Транзисторы с плавающим затвором соединяются в матрицы, хранящие слова данных по нужным адресам, разными способами. Основными являются NAND и NOR. Эти аббревиатуры представляют собой сокращения словосочетаний «Not AND» и «Not OR» — соответственно «И-НЕ» и «ИЛИ-НЕ».

Схематично способ построения матриц в двух случаях выглядит так:

Как видите из представленных схем, построение матрицы по схеме NOR удобно тем, что можно просто получить доступ к любой конкретной ячейке и записать информацию именно в нее. В случае с NAND несколько одиночных ячеек памяти соединены последовательно и для того, чтобы записать состояние «ноля» в одну из них, надо, чтобы все другие были открыты и пропускали ток.

Именно по этой причине стирание информации в микросхемы NAND-памяти производится поблочно, а для того, чтобы записать новые данные, обновляют информацию сразу для множества ячеек (осуществляют запись «постранично»).

Но зато такая схемотехника позволила значительно упростить топологию и сократить размеры ячеек памяти на кристалле. Поэтому в современной микроэлектронике именно NAND-память является основной.

И когда вы покупаете новый SSD-диск, то в нем стоят именно микросхемы с NAND-памятью.

Небольшими размерами преимущества ячеек NAND-памяти не ограничивается.  Еще один интересный и полезный момент заключается в том, что в них можно записать не один, а несколько (до четырех) битов информации.

Теоретически можно и больше, но пока реально можно говорить только о четырех, так как дальше начинаются серьезные технические сложности.

Тем не менее, на мероприятии Flash Memory Summit 2019 представители компании Toshiba уже представили идею записи по пять бит данных в каждую ячейку. Но пока до практического применения дело ещё не дошло.

Разберемся, как работает запись нескольких бит информации в одну ячейку.

Транзистор с плавающим затвором представляет собой элемент, который может находиться не только в двух состояниях — закрытом и открытом, но и в промежуточных.

Фактически это аналоговый элемент, способный пропускать по цепи сток-исток ток разной величины в зависимости от того, какой заряд имеется на затворах и какое поле им создается.

Это значит, что можно «загнать» в плавающий затвор (в 3D NAND — в «ловушку зарядов») столько электронов, сколько понадобится, чтобы пропускать определенный ток через транзистор при определенном значении порогового напряжения.

Таких пороговых напряжений может быть несколько, так как есть возможность накопить заряд больше или меньше — столько, сколько потребуется, чтобы в ячейке записалась нужная информация.

Далее, подавая на транзистор напряжение и контролируя ток, можно судить о его состоянии, то есть о том, какие данные он хранит.

Отсюда и возникают ячейки памяти, в которых хранится не один бит информации, а больше, вплоть до четырех. Поэтому вся память делится на две категории: SLC (сокращение от Single Level Cell — одноуровневые ячейки) и MLC (Multi Level Cell — многоуровневые ячейки).

С SLC-ячейками все просто. Это классические элементы памяти, которые хранят один бит с двумя состояниями, одно из которых соответствует заряженному затвору, а второе — разряженному.

MLC-ячейки в свою очередь подразделяются на:

  • MLC-ячейки. Это элементы памяти, в которых может храниться два бита информации. Соответственно, для этого надо точно фиксировать четыре режима работы транзистора, чтобы понять, какая из четырех комбинаций данных хранится — 00, 01, 10, 11.
  • TLC-ячейки. TLC — сокращение от Triple Level Cell, трехуровневая ячейка. В них может храниться три бита данных, а, следовательно, потребуется точно фиксировать уже восемь режимов работы транзистора.
  • QLC-ячейки. QLC — сокращение от Quad Level Cell, четырехуровневая ячейка. В ней помещается уже четыре бита данных. Но при этом надо фиксировать уже 16 режимов работы транзистора.

Такое увеличение плотности записи с одной стороны повышает объемы накопителей. Но с другой снижается надежность, так как требуется высокая точность записи состояния и последующего чтения данных.

Увеличивается и время, которое тратится на чтение и запись данных, так как надо понять, в каком из 4, 8 или 16 режимов находится транзистор.

Чтобы еще больше увеличить плотность хранения данных в одной ячейке и перейти на хранение пяти бит информации, потребуется контролировать уже 32 режима работы транзистора. Учитывая, что питание микросхем составляет единицы вольт, речь идет о том, чтобы соблюдать точность измерения и установки пороговых напряжений в сотые доли вольта. И это только одна из сложностей, которые надо решить.

Кроме того, надо решать такие задачи, как коррекция ошибок, надежность и количество циклов записи/чтения.

Последняя проблема — одна из наиболее критичных, так как запись и чтение данных приводит к износу и уменьшению слоя диэлектрика между плавающим затвором и полупроводниковым каналом транзистора, а, следовательно, к выходу из строя ячейки.

Именно этот момент является определяющим для времени безотказной работы памяти. Но, вполне возможно, что инженеры скоро найдут решение, позволяющее сделать следующий шаг в увеличении плотности записи. Тогда появятся еще более объемные твердотельные накопители  по низкой цене.

Источник: https://club.dns-shop.ru/blog/t-101-ssd-nakopiteli/36168-printsip-rabotyi-nand-pamyati/

Что выбрать MLC, TLC или QLC? (а также о V-NAND, 3D NAND и SLC)

Tlc nand flash

Выбирать комплектующие для компьютеров всегда сложно. Если раньше, когда технологии только развивались, трудность заключалась в недостаточном количестве информации, то сейчас в ее обилии трудно уследить за всеми новинками. В этой статье мы поговорим о SSD накопителях и технологиях, которые в них используются.

Что такое твердотельный накопитель?

Накопители, использующие энергонезависимую память, относительно новое изобретение, которое появилось только во второй половине 90-х годов.

В отличие от жестких дисков, которые хранили информацию на магнитных пластинах, и считывали ее с помощью считывающей головки, на SSD информация хранится в массиве ячеек памяти, состоящем из транзисторов с плавающим затвором, здесь используется такая же технология, как и во flash накопителях.

Благодаря отсутствию движущихся частей, скорость работы SSD накопителей выше, а работают они тише, меньший вес, потребление энергии примерно на 80% ниже, отсутствие нужды в дефрагментации. Все это хорошо, но к огромному минусу можно отнести невозможность восстановления удаленной информации.

Флеш-память для SSD определяется плотностью записываемых данных и количеством уровней сигнала, поддерживаемых одной ячейкой. Она представляет ячейки памяти на основе полупроводников, организованные специальным образом. Все потребительские SSD, находящиеся в продаже имеют тип памяти NAND. По типу хранения они разделяются на четыре группы:

  • Первый тип флеш-памяти, который был применен в твердотельных накопителях, SLC (Single Level Cell – одноуровневая ячейка). Он поддерживает всего лишь один уровень сигнала, поэтому может записывать только 1 бит информации, который является 0 или 1, в зависимости от положения транзистора.
  • MLC (Multi Level Cell – многоуровневая ячейка) – улучшенная версия SLC. В этой версии может записываться несколько уровней сигнала, из-за чего количество информации, который можно записать в одну ячейку равняется 2 битам. Это увеличивает плотность записи и снижает цену на гигабайт емкости в 2 раза.
  • TLC (Triple Level Cell – трехуровневая ячейка) – улучшенная версия MLC. За счет тонкого управления уровнем заряда ячейки, и повышением чувствительности считывания, в одном элементе флеш-памяти может храниться 3 бита информации.
  • QLC (Quad Level Cell – четырехуровневая ячейка) – На 2019 год является самым новым видом памяти. Одна ячейка способна хранить 4 бита данных одновременно. Цена на эту флеш-память ниже чем у предыдущих.

Повышая емкость ячейки флеш-памяти, компании снижают стоимость SSD накопителей, но это также снижает ресурс диска, влияя на количество циклов перезаписи.

Чем больше емкость, тем меньше раз можно будет перезаписывать данные, и, в какой-то момент, циклы перезаписи закончатся, и можно будет только считывать хранящуюся информацию.

Кроме того, транзистор, который хранит данные, из-за перехода на многоуровневые типы флеш-памяти стал чувствительнее, а значит, он быстрее изнашивается. Какое количество перезаписей выдерживают разные типы ячеек?

  • для SLC количество перезаписей около 100 тысяч
  • для MLC – около 10 тысяч
  • для TLC – 3-5 тысяч
  • QLC переживают всего около 1 тысячи циклов

Еще одна проблема, связанная с повышением плотности – снижение скорости. Из-за того, что контроллеру нужно понимать разницу между комбинациями бит, нагрузка увеличивается. Как следствие, увеличивается время, затраченное на чтение и запись. То есть, чем больше состояний поддерживающихся флеш-памятью в SSD накопителе, тем медленней происходит запись.

Что выбрать MLC или TLC?

Мы не будем говорить о SLC дисках, так как они почти отсутствуют в потребительском сегменте, если же они там есть, то цены на них слишком высоки. Из всего вышесказанного, можно сказать, что MLC лучше для пользователей, чем TLC, так как

  • Работает с более высокой скоростью
  • Имеет более продолжительный срок службы
  • Использует меньшее количество энергии во время работы

Минус MLC – более высокая, по сравнению с TLC, цена.

Однако мы не можем сказать этого наверняка, так как можно купить более новый SSD с TLC памятью, который будет более емким, с более новым набором характеристик, которые окажутся лучше, чем у накопителя с MLC памятью.

Но можно точно сказать, что до 10000 рублей TLC покупать намного выгодней, чем MLC.

Кроме этого, нужно учитывать, что SSD накопители не предназначены для хранения большого количества информации, но они подходят для установки операционной системы и программ, которыми вы пользуетесь, так как увеличивают скорость загрузки.

V-NAND, 3D NAND, 3D TLC

При покупке или изучении SSD накопителей, вам могут встретиться эти обозначения, давайте разберемся, что они означают?

SLC, MLC, TLC и QLC это ячейки, расположенные в плоскости. Для увеличения памяти нужно большее количество кристаллов, но уменьшать их сложно, и неизвестно, оправдается ли уменьшение кристаллов с экономической точки зрения.

Поэтому разработчики решили делать твердотельные накопители, размещая ячейки не только в плоскости, но и слоями. Из-за этого чипы будут трехмерными, как следствие, появится возможность помещения большего количества информации на такую же единицу площади.

Такая флеш-память более долговечна, благодаря тому, что нет нужды в подаче высокого напряжения при записи данных в ячейку.

Первая компания, которая начала производство многослойной памяти – Samsung. В 2013 году они сообщили о первом выпуске трехмерных чипов MLC типа, под названием 3D V-NAND. В них содержалось 24 слоя. Через год число слоев увеличилось до 32, а тип памяти изменился на TLC. Технология, которую использовали Samsung сделала чипы памяти более экономичными, надежными и быстрыми.

Для создания многослойной памяти производители напыляют какое-то число слоев на кремниевую пластину, которые образовывают линии слов, и создают очень большое количество отверстий, для последующего формирования линий битов.

Какой максимум слоев может быть нанесен? Из расчетов высоты 32-слойной V-NAND (4мкм) к высоте пластины (625-775мкм), можно создать более 190 слоев памяти.

Это только теоретические расчеты, поэтому вряд ли такое значение будет достигнуто, но это показывает перспективы развития технологии 3D NAND.

Технологии продолжают развиваться. Год от года технология создания твердотельных накопителей улучшается. Их цена падает, а скорость и время работы растет. Хотя SSD все еще не заменили жесткие диски, можно сказать, что это технологии, которые будут развиваться и дальше еще долгое время.

Источник: https://lenovo-smart.ru/chto-vybrat-mlc-tlc-ili-qlc-a-takzhe-o-v-nand-3d-nand-i-slc.html

Поделиться:
Нет комментариев

    Добавить комментарий

    Ваш e-mail не будет опубликован. Все поля обязательны для заполнения.