Какая память SSD лучше: отличия SLC, MLC, TLC и QLC

Рынок твердотельных накопителей наполнен широким ассортиментом моделей разных ценовых категорий. Компаний, самостоятельно производящих и чипы памяти, и контроллеры, немного, поэтому десятки брендов продают плюс-минус одинаковое железо под разными вывесками. Из-за этого фирма на упаковке имеет мало значения, а главной характеристикой SSD является тип используемой памяти.

Флеш-память для SSD классифицируется по плотности записываемых данных, количеству уровней сигнала, поддерживаемых одной ячейкой. Чем их больше – тем выше плотность записи, тем дешевле обойдется диск в пересчете на единицу объема. Сегодня выпускаются и продаются SSD с памятью SLC, MLT, TLC, а недавно к ним прибавились еще и модели на QLC.

Виды памяти для SSD

SLC – исторически первый тип флеш-памяти, применяемый в твердотельных накопителях. Аббревиатура расшифровывается как «Single Level Cell» (одноуровневая ячейка), и, как следует из названия, поддерживает один уровень сигнала. Такой блок лишь записывает логический 0 или 1, в зависимости от положения транзистора, и может содержать только 1 бит информации.

MLC – развитие SLC, расшифруется как «Multi Level Cell», то есть, «ячейка со многими уровнями». Транзистор такой флеш-памяти уже может «помнить» не просто 1 или 0, а несколько уровней сигнала, благодаря чему содержит 2 бита информации. Это позволяет поднять плотность записи при том же техпроцессе вдвое, а значит снизить цену на гигабайт емкости до 2 раз.

TLC или «Triple Level Cell» (три уровня) – логичное продолжение MLC. За счет тонкого управления уровнем заряда ячейки, и повышением чувствительности считывания, один элемент флеш-памяти может хранить в себе 3 бита информации.

QLC – самый новый, на данный момент (2019), вид памяти для SSD. Она расшифровывается как «Quad Level Cell» и, соответственно, способна хранить 4 бита данных в ячейке одновременно. Такая флеш-память – самая доступная, бюджетный диск на терабайт с ней можно найти по цене около $100-120.

Вот небольшая подборка лучших SSD-дисков 2019 года по соотношению цена/качество.

Intel SSDSC2KB240G701

Данный SSD-накопитель на 240 Гб имеет максимальную скорость записи, составляющую 190 Мбайт в секунду, в то время как пиковая скорость чтения равна 500 Мб/сек. Производитель дает гарантию на 5 лет. Есть поддержка шифрования типа AES-256.

Плюсы:

компактность;
хорошая скорость чтения/записи;
проверенный производитель;
стабильная работа.

Минусы:

не подойдет для игр.

Kingston SUV400S37

Как и у предыдущего варианта, здесь 240 Гб памяти. Благодаря этому диску вы сможете значительно увеличить скорость работы вашего компьютера (отлично подойдет для игрового ПК). Здесь есть разъем SATA 3, контроллер RVELL 88SS1074 с TLS-чипами. Максимальная скорость записи достигает 490 Мбсек, скорость чтения равна 550 Мб/сек.

Плюсы:

стоимость;
наличие интерфейса SATA 3;
ресурс на 100 TBW.

Минусы:

не самый быстрый накопитель.

SanDisk SSD Plus 240

Модель твердотельного диска от SanDisk, построенная на базе MLC, устойчива к вибрациям, может похвастаться неплохой скоростью записи, которая равна 440 Мбайт в секунду, устойчивостью к низким температурам. Износостойкость на порядок выше, чем у устройств с TLS.

Плюсы:

устойчивый к отрицательным температурам;
стабильно работает;
нормальная скорость чтения;
износостойкий.

Samsung MZ-76E500BW

SSD-диск от известного бренда Samsung, занимающую большую долю рынка. Накопитель относится к серии, специально разработанной для мейнстримовских компьютеров, ноутбуков. Здесь установлен качественный контролер, есть поддержка V-HAND. TurboWrite увеличили до 78 Гб. Производитель дает 5-летнюю гарантию. Samsung MZ-76E500BW показывает хорошее быстродействие даже при высоких нагрузках.

Плюсы:

стабильная работа;
увеличенный размер TurboWrite;
пятилетняя гарантия.

Минусы:

есть диски быстрее.

Потребительский или корпоративный?

Накопители класса SSD сегодня используются повсеместно, в то же время модели, предназначенные для домашнего/офисного и корпоративного применения, существенно различаются (впрочем, такая же ситуация характерна и для магнитных жестких дисков). В чем основные отличия? Начнем с того, что «твердотельный диск» корпоративного класса, в общем случае, обладает более высокой производительностью, что обеспечивается за счет многоканальной архитектуры. Благодаря тому, что обмен данными между контроллером диска и модулями памяти осуществляется по параллельному принципу, одновременно несколько пользователей могут получить доступ к одним и тем же данным (что важно, например, для совместной работы). Добавим к этому, что корпоративные накопители специально разработаны для работы в условиях постоянной пиковой нагрузки, в то время, как пользовательский диск может функционировать на пределе лишь очень короткий период времени. К примеру, хороший накопитель корпоративного класса способен активно функционировать круглые сутки (27х7) при собственной температуре до 55° C, в то время как для «офисных» моделей оптимальным режимом является схема 20/80 (20% времени работы и 80% «отдыха») при температуре не выше 40° C.

Корпоративные SSD существенно более надежные и к тому же рассчитаны на гораздо более длительный срок службы. Так, согласно международным нормам, например, JESD218A, требования по количеству невосстанавливаемых битовых ошибок (UBER) для накопителей корпоративного класса на порядок более жесткие, чем в случае пользовательских устройств. В корпоративных моделях, как правило, есть встроенные механизмы коррекции ошибок (ECC), в ряде случаев может быть реализована защита от сбоев питания.

В завершение отметим, что долгое время существенным препятствием на пути развития рынка SSD оставалась высокая стоимость накопителей. Но в последние десять лет она неуклонно снижается. Поэтому не вызовет удивления тот факт, что в 2017 году по данным IDC, мировой объем продаж SDD впервые был больше, чем HDD — $24,9 и 24 млрд, соответственно. Более того, год от года разрыв увеличивается, а производители традиционных накопителей, включая лидеров — Western Digital и Seagate — все больше внимания уделяют выпуску «твердотельных» моделей. Но, здесь важно отметить, что магнитные диски никуда не уходят — они продолжают развиваться, более того, комплексные корпоративные СХД, зачастую не обходятся без HDD, просто ниша применения накопителей этого типа постепенно сокращается.

Ячейки памяти в SSD. Как работают, почему ломаются? SLC, MLC, TLC, QLC

Для данной статьи существует видоеверсия с большим количеством анимаций, рекомендую к просмотру именно её, вместо текстовой версии:

Принципы работы ячеек памяти, определение носителя информации, принципы считывания состояния ячейки памяти

Каждая ячейка памяти — это полевой транзистор с изолированным затвором, но не простой, а хитрый. Со сдвоенным затвором. Если кто не в курсе общая суть полевого транзистора заключается в следующем:

У нас есть исток и сток, проще говоря вход и выход, и между ними область через которую может проходить заряд от стока к истоку, и есть ещё одна отделённая область от этих структур диэлектриком, которая называется — затвор. И если подать заряд на затвор, то затвор своим электромагнитным полем начинает влиять на легированную часть транзистора между стоком и истоком и этим перекрывает возможность протекания тока между ними.

Бывают конструкции наоборот, что если не подавать заряд на затвор, то ток от стока к истоку не идёт, а если подавать — то идёт. Но общая суть — это то, что затвор — это типа ручки у крана. Когда хочешь открываешь, когда хочешь закрываешь. Ну либо замок у ворот, собственно термин «затвор» как бы и намекает, что мы им можем затворять или отворять ток между стоком и истоком. Наиболее классический вариант для ячеек памяти — это когда без подачи питания на затвор — между стоком и истоком ток не идёт, а при питании плюсом на затвор — ток — идёт. Очень удобно в части управления, но как этим сохранять информацию — не понятно. И для того чтобы сохранять информацию была придумана модификация с двумя затворами. Первый, грубо говоря, внешний. Простой обыкновенный, а второй — внутренний, хитрый, называемый «плавающим». А хитрость его в том, что он со всех сторон окружён изолятором.

То есть если поместить в него какой-то заряд, то этот заряд сам никуда не денется. И тут начинается самое интересное. Предположим, что заряда на плавающем затворе — нет. В таком случае — транзистор работает ровно так же, как и в случае когда второго затвора не было вообще. То есть не подаём заряд на затвор ток не идёт — подаём — ток идёт. Но если в плавающий затвор подать отрицательный заряд, то логика работы меняется. Если не подавать заряд на обычный затвор, то ток идти не будет, но если падать положительный заряд, то этот заряд будет компенсирован отрицательным зарядом плавающего затвора и в сумме они не дадут необходимого заряда чтобы ток через транзистор пошёл. То есть в случае активации транзистора ток через него всё равно не идёт. Иными словами — в случае подачи положительного заряда, если на плавающем ничего нет, то транзистор будет открыт, а если заряд есть — то транзистор будет закрыт. А теперь вспоминаем, что заряд в плавающем затворе никуда не девается, в том числе и в моменты когда питание на весь накопитель не подаётся вообще. То есть в любой момент времени мы можем по поведению тока сток исток понять есть ли заряд в нашем хитром затворе или нет. То есть прочитать заранее сохранённое состояние нашего транзистора, который стал уже вовсе и не транзистором, а ячейкой памяти.

Читать еще: Расширение chk восстановить

Запись данных в ячейку памяти и причины ограниченности ресурса работы SSD

С запоминанием информации в целом понятно. С тем как понять что записано надеюсь тоже понятно. Остаётся понять только то, как осуществляется зарядка и разрядка плавающего изолированного затвора. То есть изменение состояния самой ячейки памяти. Иными словами — запись и стирание данных. И тут всё в общем-то не так сложно. Общая суть в том, что если приложить достаточное напряжение — то электроны могут пройти через диэлектрик, в нашем случае диоксид кремния.

При подаче высокого напряжения на Затвор и Сток электроны вынужденно проходят в область плавающего затвора

И имея вокруг нашего хитрого затвора достаточную разность потенциалов можно в него насильно впихнуть электроны, или наоборот высосать из него электроны, тем самым придав ему некий заряд, который сам по себе, без этих повышенных напряжений, никуда уже не денется долгие годы. Собственно таким образом и производится запись в ячейки памяти.

Подача отрицательного заряда на затвор «выталкивает» электроны из плавающего затвора и они притягиваются на исток

Проблема только в том, что эти насильственные действия над транзистором на повышенном напряжении разрушают диоксид кремния вокруг затвора раз за разом при каждом прохождении через него заряда.

Что ведёт к деградации свойств, и в конечном итоге к выходу ячейки памяти из строя. То есть при многократном воздействии на изолированный плавающий затвор для изменения его заряда — разрушается транзистор. То есть для транзистора существует предельное количество циклов изменения состояния этого затвора перед тем как ячейка памяти перестанет работать должным образом. Естественно разработчики накопителей в курсе проблемы, это всё учитывается в создаваемых контроллеров памяти, которые стремятся равномерно производить износ всего накопителя, вводятся резервные области для замены вышедших из строя ячеек, есть и другие софтовые оптимизации уже и на уровне операционных систем позволяющие максимально редко производить ненужные перезаписи.

Многобитные ячейки памяти. MLC, TLC, QLC. Принципы работы и отличия от однобитных. Причины падения скорости от увеличения битности.

С точки зрения работы транзистора наш дополнительный затвор позволяет сдвигать сток затворную характеристику. И кардинальное наличие заряда в плавающем затворе сдвигает эту характеристику так далеко, что рабочие напряжения для транзистора его не открывают.

Отрицательные заряды сильно смещают напряжение Затвор-исток при котором начинает идти ток сток-исток

И в показанной схеме у нас есть некий широкий диапазон напряжений на затворе который нам позволяет понять что записано условно 0 или 1. То есть мы сохраняем 1 бит информации.

И описанный метод записи и чтения — полностью цифровой. То есть транзистор либо проводит ток, либо — нет, и это мы можем интерпретировать условно в то, что записан условно 0 или 1.

И так работает SLC память, SLC расшифровывается как «Single-Level Cells», то есть одноуровневая ячейка. Величины зарядов, напряжения и прочее параметры плавающего затвора — не имеют особого значения значения, как-то произведена перезарядка затвора, как-то проводит транзистор и в целом это всё надёжно и просто работает. Однако при разных градациях зарядов на плавающем затворе — напряжения на которых начинает открываться транзистор разные. И если фиксировать не только факт проводимости транзистора, а характеристику проводимости — то можно более точно и контролируемо заряжая плавающий затвор получить больше информации при записи в одну ячейку.

Набор стоко-затворных характеристик для разного уровня заряда плавающего затвора

И это уже не цифровая запись, а аналоговая, то есть если мы зарядили чуть-чуть плавающий затвор, то и сместили мы характеристику чуть-чуть и у нас транзистор открывается если подать на затвор напряжение чуть выше чем минимально нужное, если зарядить плавающий затвор чуть сильнее, то и открыть транзистор будет ещё сложнее и т.д. В теории можно допустить бесконечное количество градаций уровней записей. Сейчас наверное некоторые из вас в шоке, но ячейки памяти в MLC, TLC и QLC SSD накопителях — это аналоговые носители информации, а не цифровые. Потому что именно таким образом и производиться запись многобитных ячеек памяти. Ячейка всё равно может сохранить только одно состояние записи, но если для однобитных ячеек записью было наличие или отсутствие заряда на плавающем затворе, то в многобитных ячейках под записью понимается не факт наличия или отсутствия заряда — а величина заряда. И уже эта величина при чтении должна быть оцифрована таким образом, чтобы это можно было записать в более чем один бит информации. И при оцифровывании любого аналогового сигнала емкость его данных в цифровом виде зависит от получаемой дискретности уровней распознавания сигнала. То есть чем больше градаций сигнала можно распознать, тем выше ёмкость данных аналогового сигнала. В текущий момент дискретизация сигнала производиться не очень сильная. Для двух битов данных нужно распознать 4 уровня величины сохранённого заряда,

для трёх бит нужно распознать 8 уровней величины заряда,

и для 4-х бит нужно распознавать до 16 уровней заряда.

И распознование производиться по смещению характеристики открытия транзистора. Грубо говоря, если у нас разбит весь диапазон тестирования открытия транзистора на 16 диапазонов, то надо по очереди тестировать каждое напряжение на затвор и зная при каком из них у нас в достаточной степени открылся транзистор — такой уровень и считать записанным в этом транзисторе. И просто каждой градации этих напряжений даются порядковые номера которые и есть цифровая интерпретация уровня заряда плавающего затвора. И для 16 градаций или для QLC памяти — это 4 бита. Некоторые компании грозятся сейчас выпустить 5 битные ячейки.

Как вы понимаете именно по технике разницы с 4-х битными не будет, но градаций будет уже не 16, а 32. То есть надо очень точно попадать в нужный диапазон заряда при наполнении плавающего затвора, и гораздо сложнее становится процесс считывания сигнала, вернее процесс оцифровки уровня заряда плавающего затвора. Естественно при этом снижается скорость работы с памятью. Кроме того — напомню, что процесс наполнения затвора зарядом — это аварийный для транзистора режим работы, и этот аварийный режим надо ещё очень точно контролировать, чтобы действительно был помещён нужный заряд, а не чуть больше или чуть меньше, потому что если заряд не попал в строгие рамки, то при его интерпритации он может дать другие цифровые значения. И, естественно, чем больше градаций — тем сложнее попасть в нужный диапазон. И в многобитных ячейках — неверная запись не является чем-то очень редким, поэтому для записи всегда требуется контроль на ошибки, что отнимает время, снижая скорость работы, вдобавок в случае ошибочной записи требуется перезапись ячеек в странице в которой была произведена ошибочная запись, что, как вы понимаете, ещё и снижает ресурс.

Причины снижения ресурса работы накопителей, запись накопителей с уплотнением данных.

Но не только этим снижается ресурс записи на многобитных ячейках. Как вы могли понять из теории — аппаратных различий для MLC, TLC или QLC памяти — нет. Меняется только процесс интерпретации записи, который задаётся программно. Иными словами если контроллер накопителя это позволяет, то QLC можно записывать в более простых для записи TLC, MLC или SLC режимах. Что сейчас активно и делается, хотя не на всех накопителях, но если пару лет назад было редкость — перезапись накопителей с уплотнением, то сейчас редкость когда такого не происходит. Работу уплотнения записи отлично было видно в тестах накопителей, когда при полной последовательной записи скорость падала в несколько градаций.

Пример «Ступенчатой» скорости записи, когда она падает градациями несколько раз

Читать еще: Кабель менеджмент в системном блоке

Разберёмся в том, что при этом происходило с накопителем.

Вначале накопитель занимал весь свой объём записывая всё в однобитном режиме. То есть абы какой заряд уже абы как смещает стоко-затворную характеристику, но этого достаточно чтобы записать один бит на ячейку. И в таком режиме весь объём ячеек быстро заканчивается. По данным о диске он ещё записан совсем чуть-чуть, но на самом деле он полностью забит данными. И для дальнейшего записывания накопитель начинает уплотнять запись. Но происходит это исключительно перезаписыванием. То есть надо во временное место скопировать данные страницы, далее затереть записанные данные, то есть вытащить из плавающих затворов заряды, дальше взять новый кусок информации, собрать его со старым куском информации и записать в те же ячейки, но уже не абы как, а, допустим, в MLC режиме, то есть с 4-мя градациями уровней заряда плавающих затворов. Далее накопитель так же заполняется полностью уже в режиме MLC. Если надо продолжить запись, а в MLC режиме место опять закончилось, то процесс уплотнения, то есть перезаписи в более плотном формате производиться уже в TLC режиме. Далее ещё может быть произведена запись в QLC режиме. Подобный механизм работает и в случае если вам хватило места до уплотнения. Как только вы перестаёте заполнять накопитель он автоматически начинает уплотнять запись, чтобы в случае необходимости он мог опять кратковременно вести запись в однобитном режиме используя свободный остаток. Хотя ещё раз напомню, что не все накопители так делают. В некоторых выделен фиксированный объём для быстрой записи и дальше накопитель заполняется уже с финальной плотностью.

Естественно такое огромное количество травмирующих ячейки перезаписей а также перезаписей из-за ошибок — крайне негативно сказывается на долговечности работы ячеек. Кроме того при большей плотности записи для изменения одного и того же объёма данных записанных случайным образом потребуется перезаписать больше страниц накопителя. Иными словами — ресурс накопителей от увеличения плотности резко падает и, в общем-то, причин на это аж несколько.

Надеюсь теперь полученные знания сделают для вас тесты накопителей увлекательнее.

Различия между SLC, MLC, TLC и QLC в SSD.

в Компьютеры 11.10.2019 0 134 Просмотров

SSD используют тип памяти, называемый NAND flash. Если вы откроете SSD, то увидите, что большинство чипов: – модули NAND flash. Внутри этих модулей находятся микросхемы меньшего размера, называемые NAND flash-матрицами. И внутри этих матриц есть массив транзисторов, с плавающим затвором, называемых ячейками. Эти транзисторы с «плавающим затвором» хранят электрический заряд, который представляет собой данные. SLC (одноуровневая ячейка) NAND flash довольно простая: каждая ячейка может хранить один бит информации: транзистор с плавающим затвором может принимать два уровня напряжения.
Но рынок требует всё более дешёвой памяти и опираясь только на производственные улучшения, не сработает. Поэтому была изобретена многоуровневая ячейка (MLC). Хотя MLC технически относится к любому типу флэш-ячейки NAND, которая может хранить более одного бита, обычно она используется для обращения к ячейкам, которые хранят 2 бита данных. Эта ячейка использует 4 уровня напряжения для представления данных. С 2 битами на ячейку, цена на бит почти наполовину уменьшается, а плотность удваивается. Но есть и компромисс: с несколькими уровнями напряжения запись и чтение ячейки занимает больше времени и требует большего напряжения. И скорость и выносливость из-за этого получают удар. При исследовании характеристик твёрдотельного накопителя (SSD), вполне вероятно, что вы столкнётесь с одним из этих сокращений: SLC, MLC, TLC или QLC. Но что они значат? И чем они отличаются? Почему важно знать каждый из них, прежде чем выбрать SSD? Эта аббревиатура напрямую связана с объемом памяти микросхем флэш-памяти NAND, составляющих твердотельные накопители. Ниже я объясню значение каждой из них.

Что такое флэш-память NAND?

SLC, MLC, TLC и QLC являются аббревиатурами, которые обозначают различные типы флэш-памяти NAND (или просто память NAND). По этой причине, при поиске SSD, возможно, вы также найдете выражения SLC NAND, MLC NAND, TLC NAND и QLC NAND.

Но что именно индустрия хочет сказать о NAND Flash? Кроме того, в отличие от жёстких дисков, твёрдотельные накопители хранят информацию в микросхемах памяти, которые не теряют данные, когда нет энергии, как при выключении компьютера.

По сути, данные, хранящиеся во флэш-памяти, хранятся в структурах, называемых ячейками. Процесс записи или изменения данных осуществляется с помощью электрических зарядов.

Существует два основных типа флэш-памяти: Flash NOR (Not OR) и NAND Flash (Not AND). Эти имена, если можно так сказать, связаны с отображением данных каждого типа по умолчанию.

Как правило, чипы с Flash NOR обеспечивают более быстрое считывание данных. Это связано с тем, что этот тип обеспечивает произвольный доступ к данным: можно получить доступ к определенной информации, перейдя прямо к ячейкам памяти, в которой она хранится.

Флэш-память NAND уже требует последовательного доступа к ячейкам. Этот доступ осуществляется блоками. Несмотря на это, микросхемы флэш-памяти NAND имеют как минимум два преимущества: они могут хранить больше данных, чем флэш-память NOR, учитывая одинаковое физическое пространство, и, как правило, они дешевле.

Вот почему NAND Flash часто используется в устройствах хранения данных, таких как SSD или карта памяти. Flash NOR применяется для более конкретных целей. Этот тип широко используется, например, в микросхемах, в которых хранятся прошивки маршрутизаторов Wi-Fi, телевизоров, смартфонов и т. д.

Теперь, когда вы уже знаете, что такое NAND Flash (и Flash-NOR), мы сможем понять разницу между SLC, MLC, TLC и QLC.

Что такое SLC NAND?

SLC означает одноуровневую ячейку. Этот тип флэш-памяти NAND характеризуется сохранением одного бита в каждой ячейке – 0 или 1, если мы используем обычное представление.

SLC является типом NAND Flash старого образца и имеет два основных преимущества: большая скорость в процессах чтения и записи данных, долговечность, оцениваемая в диапазоне от 90 тысяч до 100 тысяч циклов чтения или записи, и меньшая вероятность ошибок даже при относительно высоких температурах.

С другой стороны, SLC, как правило, стоят дороже. Кроме того, хранят меньше данных по сравнению с другими типами флэш-памяти NAND.

За счёт её основных преимуществ, память SLC очень распространена в устройствах хранения данных, например, на веб-серверах или в промышленных приложениях.

Что такое MLC NAND?

Многослойная ячейка или, в переводе, ячейки из нескольких слоев. Здесь каждая ячейка памяти способна хранить два бита вместо одного: 00, 01, 10 или 11.

Поэтому основным преимуществом MLC NAND является самая высокая плотность хранения данных по сравнению с SLC. Пример: хотя блок SLC хранит 64 КБ данных, блок MLC с той же физической областью может позволить блоку иметь 128 КБ.

Позволяя хранить больше данных при меньших затратах, чем в SLC, память MLC очень часто используется в твёрдотельных накопителях для домашних компьютеров. С другой стороны, ячейки в MLC менее долговечны, чем SLC, поддерживая около 10 тысяч циклов чтения или записи. Кроме того, скорость этих процедур, как правило, меньше.

Несмотря на это, твёрдотельные накопители с MLC, как правило, долговечные и достаточно быстрые, чтобы, например, удовлетворить потребности домашних пользователей или офисов.

Существует тип MLC, называемый eMLC (Enterprise Multi-Level Cell), который оптимизирован для поддержки большего количества циклов чтения и записи – от 20 до 30 тысяч циклов. Этот шаблон немного дороже и поэтому применяется для корпоративных приложений.

Что такое TLC NAND?

TLC означает Triple-Cell, что-то вроде Cell-Level Triple. Название говорит само за себя: чипы TLC NAND хранят три бита на ячейку. Возможные состояния: 111, 110, 101, 100, 011, 010, 001 и 000.

Огромным и очевидным преимуществом памяти TLC NAND является то, что они могут хранить больше данных, чем типы SLC и MLC, но при этом не происходит значительного увеличения затрат. С другой стороны, циклы чтения и записи здесь меньше: от 3 тысяч до 5 тысяч на клетку. Скорость чтения и записи также может быть ниже.

Твёрдотельные накопители с Flash TLC указываются для домашних пользователей, которым требуется достаточно большая ёмкость для хранения данных.

Что такое QLC NAND?

Это тип флэш-памяти, который появился на рынке не так давно. QLC означает Quad-Level Cell – Level Cell Quadruple – и, как следует из названия, вы можете хранить четыре бита на ячейку (примерно 16 комбинаций из 0 и 1).

Читать еще: Chassis intrusion что это в БИОСе?

Здесь «правило» одно и то же: увеличивать плотность чипа и, следовательно, его ёмкость, но срок полезного использования падает. Предполагается, что QLC NAND поддерживает тысячу циклов записи.

Из-за меньшего количества циклов записи твёрдотельные накопители с QLC NAND используются для приложений, которые требуют много места для хранения, но с данными, которые должны быть гораздо более широко считаны, чем записаны или изменены. Это связано с тем, что операции чтения вызывают меньший износ, чем процессы записи.

3D NAND или V-NAND

Рядом со спецификациями SLC, MLC, TLC и QLC часто встречается выражение 3D NAND или, в случае твёрдотельных накопителей от Samsung, V-NAND. Это ещё один тип технологии, который позволяет увеличить ёмкость флэш-памяти.

Как? Вместо того, чтобы ячейки располагались в одном слое (2D NAND), они «складываются». Следовательно, «3D» в названии или «V» в V-NAND (вертикальный NAND) – компания Samsung решила использовать это имя в своих SSD, но смысл остаётся тот же.

Для простоты понимания подумайте, что ячейки – это коробки, расположенные рядом на складе. Что делать, когда на полу больше нет места? Собственно, поставь ящик на другой. Принцип 3D NAND более или менее таков: в нём несколько слоёв вместо одного.

Количество слоёв варьируется от производителя к производителю. Когда этот текст был написан, можно было относительно легко найти твёрдотельные накопители с 32 и 64 слоями, в то время как устройства с 96 слоями только выходили на рынок, а технология из 128 слоев находилась в стадии разработки.

Заключение

Эта статья была посвящена флэш-памяти NAND и тому, как типы SLC, MLC, TLC и QLC влияют на ёмкость накопителей SSD. Но, конечно, это только часть обзора. Чтобы узнать больше, просто следите за публикациями.

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.

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.

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.

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.

Тип памяти: TLC или MLC?

Расхож миф о быстром выходе SSD из строя. На самом деле, производители все предусмотрели. Запись данных на диск оптимизирована: не будут постоянно использоваться одни и те же ячейки. На случай, если со временем какое-то количество памяти «затрется» постоянной записью файлов, имеется несколько резервных гигабайтов.

Конечно, если вы каждый день будете под завязку забивать SSD, удалять с него все данные и забивать снова, он быстро выйдет из строя. Но при реальном использовании в день обычно записывается не более 20 ГБ – в таком режиме в обозримом будущем циклы перезаписи не закончатся.

SSD могут быть оснащены двумя типами памяти: TLC и MLC. Память TLC получают дешевые SSD, они рассчитаны примерно на 1 000 циклов перезаписи. TLC-диски стоит использовать только для установки операционной системы и базовых программ. Для более активного использования лучше купить диск с памятью MLC. Ее ресурс – 3 000-5 000 циклов.
MLC – предпочтительный вариант: диски с MLC не сильно дороже, зато их можно активно использовать на протяжении длительного времени: лет 10 они точно проработают, скорее всего даже дольше.

Восстановление данных с SSD

Как мы рассматривали в разделах выше, диски TLC и QLC не самые надежные и периодически на них могут происходить разного рода сбои. Если вы столкнулись с повреждением устройства и на диске пропали личные файлы, возьмите паузу. Ни в коем случае не записывайте новую информацию, чтобы окончательно не потерять шансы на восстановление документов.

Загрузите и установите приложение Starus Partition Recovery. Интуитивно понятный русскоязычный интерфейс и мастер восстановления помогут вам за считанные минуты просканировать устройство и вернуть личные файлы к жизни.

Инструмент можно применять как в работе с “поврежденным, но работающим” диском, так и с “поврежденным диском, который системой идентифицируется как неизвестный” или же вовсе “неопознанным диском”.

Более подробно о возможности восстановления данных с SSD дисков мы разбирали в этой статье: Инструменты для восстановления SSD дисков.

На этом завершаем наш краткий “курс в мир SSD”. Теперь вы можете выбрать лучший твердотельный накопитель, соответствующий вашим потребностям. Надеемся, статья оказалась полезной и помогла найти что-то новое об SSD.

голоса

Рейтинг статьи