Dyski SDD z pamięcią TLC vs MLC

Wielki boom na pamięć flash miał miejsce w latach 2004–2005, gdy połączenie dwóch czynników spowodowało gwałtowny spadek cen za megabajt. Tam, gdzie smartfony i dyski SSD zaczęły zauważać obniżkę, ale dopiero upływ czasu sprawił, że mamy bardziej atrakcyjne ceny, chociaż ostatnio wydaje się, że nie są one spowodowane pracą i znów podnoszą ceny. Czy chcesz poznać różnicę między pamięcią TLC a pamięcią MLC? Wyjaśniamy wszystko, co musisz wiedzieć!

Indeks treści

Dyski SSD z pamięcią TLC vs MLC

Pierwszym był brutalny wzrost produkcji i konkurencja wśród producentów, co spowodowało obniżenie cen. Oprócz gigantów takich jak Samsung i Toshiba, nawet Intel i AMD zainwestowały duże kwoty w produkcję pamięci flash.

Drugim było wprowadzenie technologii MLC (Multi-Level Cell), w której każda komórka przechowywała dwa bity zamiast jednego. Było to możliwe dzięki zastosowaniu napięć pośrednich. Technologia MLC została wdrożona mniej więcej jednocześnie przez różnych producentów i obniżyła koszt jednego megabajta o połowę, ale zamiast tego spowodowała, że ​​układy pamięci flash mają niższą wydajność i ulegają szybszej degradacji..

Obecnie chipy MLC są używane w zdecydowanej większości pamięci USB, kart pamięci i dysków SSD. Tradycyjne układy, które przechowują jeden bit na komórkę, nazwano „SLC” (komórka jednopoziomowa) i są produkowane w celu obsługi rynku wysokowydajnych dysków półprzewodnikowych (zwłaszcza modeli przeznaczonych do rynek serwerów). Choć znacznie droższe, oferują lepszą wydajność i są bardziej trwałe.

Z drugiej strony mamy jednostki wyposażone w układy TLC, które przechowują trzy bity na komórkę, zamiast dwóch takich jak MLC, a zatem obniżają koszt produkcji na gigabajt o ponad 33%. Z drugiej strony użycie większej liczby napięć pośrednich powoduje, że chipy ulegają degradacji szybciej niż MLC.

Różnice między MLC i TLC

W rzeczywistości nie ma fizycznych różnic między komórkami w układzie MLC i TLC. W obu przypadkach technika produkcji jest prawie taka sama, ale są w nich różnice… ale także sposób programowania chipa. Co sprawia, że ​​układy MLC i TLC są tańsze niż układy SLC, to prosta kwestia arytmetyczna: 16-gigabajtowy układ NAND może dać 16-gigabajtowy układ SLC, 32-gigabajtowy układ MLC lub układ TLC 48 gigabajtów.

Zakładając, że całkowity koszt układu wynosi 24 USD, koszt za gigabajt wynosi 0, 75 USD na MLC i tylko 0, 50 USD na FTA. Jeśli jesteś producentem zainteresowanym sprzedażą dysków SSD o dużej pojemności za niską cenę, oczywiste byłoby, która z dwóch opcji byłaby dla Ciebie bardziej atrakcyjna.

Dużym problemem jest nie tylko trwałość, ale także wydajność samych układów, która spada wraz z użyciem większej liczby bitów. Operacja odczytu, która zajmuje 50 µs na chipie MLC, zajmie 100 µs lub więcej na chipie TLC.

Jednocześnie operacja zapisu, która wymaga 900 µs lub więcej na chipie MLC, wymaga więcej niż 2000 µs na TLC, co powoduje spadki proporcjonalne do prędkości odczytu i zapisu dysków.

ZALECAMY NAND typy pamięci na dyskach SSD: SLC, MLC, TLC i QLC

Największym problemem jest jednak wytrzymałość. Żywotność układów MLC wynosi tylko 10 000 cykli w 50 nm, podczas gdy w układach TLC żywotność wynosi 2500 operacji w 50 nm.

Nawet przy użyciu sektorów i innych technik stosowanych przez obecnych kierowców w celu przedłużenia żywotności napędów, dysk SSD 128 GB oparty na układach TLC 25 nm będzie przenosił tylko 96 TB nagrań przez cały okres jego użytkowania, co ogranicza jego użycie bardzo. Dla porównania dysk o pojemności 128 GB oparty na układach MLC 34 nm będzie nosił 640 TB na dysku.

Dysk MLC miałby stosunkowo niską żywotność, ale nadal jest akceptowalny, jeśli weźmiemy pod uwagę wielkie zalety pamięci flash w innych obszarach. Napęd TLC miałby jednak ograniczone zastosowanie i w wielu sytuacjach może zostać zużyty po kilku latach. To znaczy, nie są złe, dobrze? Ale są gorszej jakości.

Dysk SSD z pamięcią TLC jest całkowicie odpowiedni dla zwykłego użytkownika. Ale MLC ma wyższą jakość i są obecne w najwyższej klasie producentów.

Wielu producentów było w stanie zrekompensować ten spadek wydajności i niezawodności pamięci flash dzięki lepszym sterownikom i wyższemu odsetkowi dysków SSD, ale to nie neguje głównego pytania, że ​​producenci produkują gorsze układy pamięci flash. z każdą nową generacją, robiąc postępy tylko w stosunku do kosztów.

Komórka wielopoziomowa (MLC)

MLC jest obecnie standardem stosowanym przez większość dysków półprzewodnikowych. Akronim oznacza komórkę wielopoziomową i służy do opisania pamięci flash NAND, które mogą przechowywać 2 bity danych na komórkę.

TLC jest ewolucją tej technologii i pozwala przechowywać 3 bity danych na komórkę, podczas gdy komórka jednopoziomowa (SLC) przechowuje tylko jeden bit danych dla każdej komórki. Każdy z nich ma zalety i wady, które zobaczymy w następnej kolejności.

Typ MLC jest dziś dość powszechny i ​​składa się z procesu, który wykorzystuje zróżnicowane napięcia, aby komórka pamięci przechowywała dwa bity (teoretycznie możliwe jest, aby przechowywać więcej) zamiast tylko jednego, jak w SLC.

Dzięki technologii MLC koszty urządzeń pamięci flash spadły, zwiększając nawet ofertę produktów takich jak pamięci USB i smartfony o bardziej przystępnych cenach.

Komórka trzypoziomowa (TLC)

Sama nazwa wskazuje na to: typ TLC przechowuje trzy bity na komórkę, dlatego objętość danych, które mogą być przechowywane w urządzeniu, znacznie wzrasta. Jest to najnowszy standard, jaki mamy na rynku.

POLECAMY, że Corsair Dominator Platinum Special Edition i Vengeance LED

Jednak wydajność jest również niższa w porównaniu z technologią MLC, w końcu otrzymujemy osiem możliwych wartości z trzema bitami, dlatego istnieje większa różnorodność napięć: 000, 001, 010, 011, 100, 101, 110 i 111.

Główną korzyścią jest tutaj zwiększenie przestrzeni dyskowej, ponieważ pamięci TLC są zwykle wolniejsze niż układy MLC, które z kolei mają mniejszą wydajność niż technologia SLC.

Mimo to pamięci TLC i MLC są szybsze niż dyski twarde, dlatego ich użycie jest wykonalne w większości aplikacji: w wielu sytuacjach nie rekompensuje to dość szybkiego dysku SSD, ale nie oferuje pojemności wystarczająca ilość miejsca.

Jakie są zalety i wady?

Ogromną zaletą dysków półprzewodnikowych z technologią TLC jest ich najniższa cena. Jest tak, ponieważ dyski z technologią są gęstsze, przechowując więcej danych przy tej samej ilości miejsca. Innymi słowy, mają one większą efektywność kosztową. Ale to, podobnie jak wszystko w życiu, ma swoją cenę.

Dyski półprzewodnikowe z technologią TLC nie są tak szybkie ani tak trwałe, jak modele MLC. Dlatego nie są przeznaczone do użytku profesjonalnego.

Rzeczywiście, dyski półprzewodnikowe TLC są bardziej odpowiednie dla użytkowników domowych. W przypadku tego typu użytkowników nie ma zauważalnej różnicy wydajności, przynajmniej w zdecydowanej większości przypadków.

Ile cykli nagrywania obsługujesz bez utraty możliwości przechowywania danych?

Oczywiste jest, że liczba cykli zapisu obsługiwanych przez komórkę wpływa na jej okres użytkowania. Ale na szczęście nie jest to jedyny czynnik. Istnieją dwa inne bardzo ważne: częstotliwość, z jaką wartość zawarta w komórce jest modyfikowana (częstotliwość, z jaką jest ona odczytywana, nie ma wpływu na okres użytkowania) i pojemność jednostki pamięci masowej (w naszym przypadku, z dysku SSD lub urządzenia półprzewodnikowego), w którym jest zainstalowany.

Znaczenie częstotliwości operacji zapisu jest oczywiste: częstotliwość operacji zapisu w komórce obsługującej dziesięć tysięcy cykli zapisu mało używanego urządzenia lub przechowująca dane statyczne jest niewielka. Ta komórka będzie zatem działać znacznie dłużej niż druga, zainstalowana na dysku używanym do przechowywania danych dynamicznych, których wartości często się zmieniają i muszą być zawsze przepisywane.

Równie ważny jak bank pamięci, w którym dane są przechowywane na dysku SSD, jest zawarty w nim kontroler, który działa jako interfejs między dyskiem SSD a komputerem. To kontroler decyduje, w których komórkach dane będą przechowywane.

ZALECAMY W 2018 r. Produkcja pamięci DRAM będzie nadal bardzo ograniczona

W ostatnich latach, w których rozprzestrzeniają się dyski SSD, algorytmy określające, jakie będą te komórki, zostały udoskonalone. Nowsze kontrolery starają się rozdzielić operacje odczytu komórek dostępnych na dyskach SSD tak homogenicznie, jak to możliwe, uniemożliwiając niektórym komórkom otrzymywanie znacznie większej liczby operacji zapisu niż inne.

Na początku używania dysków SSD dyski miały stosunkowo małą pojemność. Dyski 1 TB są dziś łatwo dostępne. Cóż, jeśli całkowita liczba komórek, w których można zapisać operacje zapisu, znacznie wzrośnie, częstotliwość, z jaką każda komórka jest nadpisywana, zmniejsza się wprost proporcjonalnie do tego wzrostu.

Stąd znaczenie pojemności dysku SSD w odniesieniu do jego długowieczności. Ale wciąż urządzenia oparte na MLC mają znacznie krótszą żywotność niż urządzenia oparte na SLC.

Inną ważną różnicą jest szybkość, z jaką wykonywane są operacje zapisu. Chociaż tym razem operacje odczytu nie przeszkadzają. W końcu do pomiaru napięcia wystarczy zastosować czujnik w punktach, w których występuje różnica w potencjale elektrycznym. Ale w przypadku pisania sprawa jest inna.

Ten typ komórki pamięci, jak widać, może przechowywać osiem różnych wartości (000 ₂ = 010 do 1112 = 710). Prosta obserwacja jest wystarczająca, aby wykazać, że „zapisanie” wartości (dostosowanie poziomu napięcia) jest znacznie bardziej skomplikowane (a zatem wolniejsze), gdy rośnie liczba możliwych wartości. A poprzez zwiększenie zakresu napięcia wzrasta zużycie energii.

Problem z temperaturą

Do niedawna moduły pamięci rozpraszały ciepło, ale to nigdy nie stanowiło problemu. Jednak jeśli chodzi o wielopoziomową pamięć flash, jest inaczej.

W końcu działają na wysokich częstotliwościach i stosują stosunkowo wysokie napięcia, dwa ważne czynniki, jeśli chodzi o rozpraszanie ciepła, a zatem wzrost temperatury chipa.

Jest to szczególnie delikatne, jeśli chodzi o pamięci MLC, w których liczba progów wewnętrznych napięć identyfikujących przechowywaną wartość jest większa.

Wynika to z faktu, że zbyt wysokie temperatury mogą zakłócać te progi, co modyfikuje przechowywaną wartość i całkowicie zagraża niezawodności pamięci.

POLECAMY, że Samsung pokazuje swoje 256 GB pamięci RDIMM

Powoduje to, że zdecydowanie nie jest wskazane, aby podstawy tego rodzaju pamięci były przechowywane w bardzo wysokich temperaturach roboczych. Z tego powodu niektóre urządzenia (na przykład niektóre dyski SSD Samsung) mają czujniki temperatury, które po prostu spowalniają zapisy (odczyty, jak zawsze, mają niewielki wpływ na rozpraszanie ciepła) w przypadkach, w których temperatura jest wyższa 70 stopni Celsjusza i powracają do normalnej pracy tylko wtedy, gdy banki ostygną poniżej tej wartości granicznej.

Pamięci jednopoziomowe (SLC) są znacznie bardziej odporne na wysokie temperatury. Jest tak, ponieważ ponieważ może on przyjąć tylko jeden z dwóch stanów, tolerancja jest znacznie większa niż temperatura zmieniająca nieznacznie próg napięcia, więc zapamiętana wartość nie zmienia się.

Tak więc jednokomórkowe dyski SSD, droższe, ale wytrzymujące wyższe temperatury, są klasyfikowane jako „przemysłowe”, podczas gdy MLC, które muszą działać w niższym zakresie temperatur, są klasyfikowane jako „komercyjne”.

Zalecany dysk SSD

Corsair Force MP500 - dysk SSD, 120 GB SSD, M.2 PCIe Gen. 3 x4 NVMe-SSD, prędkość odczytu do 2300 MB / s Dyski SSD CORSAIR NVMe M.2 zapewniają poziom wydajności w jednym formacie Kompaktowy dysk półprzewodnikowy Corsair Force LE - 480 GB (SATA 3, 6 GB / s, TLC NAND) (CSSD-F480GBLEB) Z prędkością zapisu 530 MB / si prędkością odczytu 560 MB / s; 480 pojemności i szybkość transferu danych 6 Gbit / s GB Corsair Neutron Xti - Solidny twardy dysk 240 GB (Serial ATA III, MLC, 0-70 C, 2, 5 ", -40-85 C), kolor czarny y Czerwona stała wydajność i bardzo wysokie stałe prędkości przesyłania Samsung 850 EVO - Solid Hard Drive (250 GB, Serial ATA III, 540 MB / s, 2, 5 "), czarna pojemność 250 GB SSD; Sekwencyjna prędkość odczytu do 540 MB / si prędkość zapisu do 520 MB / s 63, 26 EUR Samsung 960 EVO NVMe M.2 - 500 GB Solid Hard Drive (Samsung V-NAND, PCI Express 3.0 x4, NVMe, AES 256-bit, 0–70 C) Pojemność 500 GB SSD; Pamięci Samsung V-NAND, interfejs NVMe i kontroler Polaris 183, 86 EUR

Wniosek

MLC ma dłuższą żywotność niż TLC, ponieważ łatwiej jest odróżnić 4 możliwe stany napięcia niż 8, które mają mniejszy margines błędu. Dlatego też dysk SSD TLC jest tańszy i znajdujemy go w dyskach SSD niskiego i średniego zasięgu.

Wiemy już, że dyski SSD oparte na pamięci MLC są droższe niż dyski TLC, wytrzymują mniejszą gęstość danych, są szybsze i mogą wytrzymać wyższe temperatury, dłuższą żywotność i zużywają mniej energii. Co myślisz o wszystkim? Opowiadasz nam już swoje wrażenia po przeczytaniu artykułu!