mlc flash что такое

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

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:

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?

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

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

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

в Компьютеры 11.10.2019 0 302 Просмотров

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).

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.

Источник

Записки IT специалиста

Технический блог специалистов ООО»Интерфейс»

Твердотельные накопители: что такое SLC, MLC, TLC, QLC, NVMe и прочие аббревиатуры?

То, что SSD стали сегодня основным типом накопителя, уже очевидно: низкие цены и неплохие показатели производительности и надежности не оставляют HDD никаких шансов, прочно вытесняя последние в область хранения «холодных» данных. Рынок твердотельных накопителей сегодня переживает настоящий бум, есть модели на любой вкус и кошелек, как от именитых производителей, так и никому не известных новичков, а от различных аббревиатур и технологий просто идет кругом голова. Что из этого действительно важно, а что представляет обычный маркетинговый ход? Давайте разбираться.

Типы ячеек: SLC, MLC, TLC, QLC

Всем известно, что в основе твердотельных накопителей лежит технология флеш-памяти, минимальной физической единицей которого является ячейка. Ячейки хранят определенный электрический заряд, уровень которого соответствует определенному двоичному значению, в простейшем случае это логический ноль (нет заряда) и логическая единица (есть заряд).

Таким образом имеется некоторая нижняя граница стоимости, перешагнуть которую можно только увеличением количества информации, хранимой в одной ячейке, что достигается использованием нескольких уровней заряда. Четыре уровня заряда позволяют хранить в одной ячейке уже два бита информации, такие ячейки называются многоуровневыми или MLC ( multi-level cell), уступая SLC в скорости и надежности, они позволили снизить стоимость готовой продукции и вывести ее на массовый рынок.

К чему ведет такое увеличение? Прежде всего к снижению скорости доступа и надежности. Чем больше уровней заряда, тем меньше разница между ними, а следовательно, ниже уровень помехоустойчивости, так как даже небольшой уровень помехи будет способен изменить состояние ячейки, то падать помехоустойчивость также будет кратно степеням двойки. Это в свою очередь потребует дополнительных мер коррекции ошибок, таких как ECC, что будет негативно сказываться на скорости доступа.

Физически каждая запись в ячейку связана с воздействием электронов на слой диэлектрика, которые приводят к необратимым изменениям его структуры, этот процесс называется деградацией и выливается в невозможности сохранения ячейкой постоянного уровня заряда. И чем больше уровней заряда мы храним, тем более критичны требования к его стабильности. Так ячейка, уровень заряда которой может изменяться всего на 10% от максимального уровня уже будет непригодна для QLC, ограниченно годна для TLC, но будет прекрасно работать с MLC, не говоря уже о SLC.

Но несмотря на гораздо более низкую надежность именно TLC-память позволила сделать SSD действительно массовым продуктом, тем более что основные пользовательские сценарии не предусматривают постоянной записи данных на диск.

В настоящее время MLC-память можно встретить преимущественно в корпоративных моделях дисков и моделях с высокой производительностью, но и там она уже практически уступила место более дешевой TLC. Последняя представляет основной тип памяти для современных дисков, при этом производители неплохо постарались скрыть ее слабые стороны, так низкая скорость доступа компенсируется использованием SLC-кеша, когда часть ячеек накопителя работают как одноуровневые, обеспечивая отличную скорость доступа.

QLC-память в первую очередь направлена на конкуренцию с традиционными HDD на их нынешнем поле хранения больших объемов данных. Учитывая самую низкую стоимость хранения, QLC-диски выглядят привлекательно в сценариях, когда нам нужно редко писать и часто читать, обеспечивая высокую скорость доступа (файловые сервера, хранилища медиаконтента и т.д.).

Показатели надежности: TBW и DWPD

Проще говоря нам следует разделить TWB на емкость диска в ТБ, умноженную на количество дней за 3 года (5 лет) в зависимости от гарантийного срока диска.

Если вам нужна более высокая надежность, то TLC также может ее предоставить, Samsung PM883 имеет DWPD 1,3 для трех лет, что даже лучше чем у имеющихся в продаже MLC дисков, но все упирается в цену, это самый дорогой диск в нашей подборке. Это вполне объяснимо, TLC чипов для обеспечения такого TWB потребуется больше, отсюда и более высокая цена.

Что касается QLC, то там ожидаемо гораздо более низкие значения, для A-Data SU630 это 0,19, что при одинаковой цене с Crucial BX500 делает покупку этого диска сомнительным мероприятием.

В связи с этим встает вопрос, а какой объем данных реально записывается на диски в течении дня при различных сценариях работы? Это несложно выяснить, если у вас уже стоит SSD, для этого можно использовать штатные утилиты от производителей, либо сторонние, например, SSD-Z.

Вам нужно получить из вывода этих утилит два параметра: объем записанных на SSD данных и время работы, после чего вычислить объем записываемых за день данных становится задачей уровня начальной школы.

Мы, не претендуя на истину в последней инстанции, собрали некоторую статистику по доступным нам системам и вот что у нас вышло:

Еще раз повторим, что это сугубо наша статистика и у вас могут быть совершенно иные цифры, поэтому не следует использовать эти данные для подбора дисков в вашу систему, но данная информация будет полезна при оценке приблизительных объемов записи в различных сценариях.

Для домашнего или офисного ПК наиболее ходовым является объем в 240 ГБ, для него необходимый DWPD составит

0,15, что также позволяет использовать практически любые модели дисков, но если мы решим немного сэкономить и возьмем 120 ГБ диск, то получим уже 0,3, что уже отсекает QLC-диски, но в рамках трехлетнего периода допускает применение любых TLC-дисков, начиная от самых недорогих.

Трехмерная память 3D-NAND, V-NAND и т.д.

Для трехмерной памяти разработаны специальные вертикальные структуры, которые позволяют добиться наиболее эффективного использования площади кристалла. Мы не будем углубляться в данную тему, так как она далеко выходит за рамки нашей статьи, а отметим то, что приобрести сегодня диск на основе плоской (одномерной) памяти практически невозможно. Наиболее распространены 64-слойные структуры, а производители во всю осваивают производство 120 и 128-слойной памяти.

Поэтому все заявления об использовании трехмерной памяти и разных связанных с ней красивых аббревиатур следует отнести сугубо к маркетинговым, обратив внимание при выборе диска на иные, действительно важные параметры.

M.2 и NVMe

И вот мы подошли к самому интересному разделу нашей статьи, потому что именно в это области чаще всего допускаются ошибки, которые могут привести к серьезной потере денежных средств и хорошо, если вы купите несовместимый диск себе домой, на не партию на работу.

Если говорить о материнских платах для настольных ПК, то чаще всего поддерживаются типоразмеры 2242/2260/2280, поэтому перед покупкой диска формата M.2 всегда следует уточнять не только тип разъема и поддерживаемый типоразмер.

Модули M.2 могут быть также одно и двухсторонние, для последних, кроме длинны, еще вводятся параметры, отражающие высоту элементов с тыльной части. И если материнские платы разводятся так, чтобы ничего не мешало установке плат M.2, то в портативных устройствах под ними могут быть расположены какие-либо элементы. В этом случае лучше не рисковать и выбирать диск из списка совместимости для вашего портативного устройства.

Как видим, даже с размерами уже не все так просто. Но дальше будет только интереснее. Как мы уже говорили для каждого типа разъема предусмотрен свой набор интерфейсов, но это не говорит о том, что они будут разведены именно на вашей модели материнской платы. Так на разъем может быть выведен только SATA или только PCIe, также вместо 4 линий PCI Express в разъеме типа M key может оказаться только две.

Чтобы не быть голословными, давайте рассмотрим реальный пример, перед нами материнская плата ASRock B450 Pro4:

Данная плата относится к дорогому сегменту и на ней разведено сразу два разъема M.2 M key, первый допускает установку плат типоразмера 2242/2260/2280, второй 2230/2242/2260/2280/22110. На первый взгляд все замечательно, но только на первый взгляд.

На верхний разъем, помеченный как Ultra M.2 выведены только 4 линии PCI Express, которые разъем делит с нижним слотом PCIe x16, при установке платы в разъем М.2 этот слот работать не будет. В самом M.2 будут работать только SSD с интерфейсом PCIe, SATA диски в нем работать не будут.

Нижний M.2 имеет интерфейсы SATA и PCIe x2, при этом SATA делит порты с двумя разъемами на материнской плате, при установке платы в М.2 два SATA-порта работать не будут. Это может быть критично, если вы собираете систему с большим количеством дисков, в этом случае покупка SATA M.2 диска может оказаться не лучшей идеей.

А что будет, если мы поставим в нижний разъем диск с интерфейсом PCIe x4? Он будет работать, но только в режиме PCIe x2 и, по сути, вы выбросите деньги на ветер, потому как не сможете использовать все преимущества купленного диска.

Также при покупке PCIe дисков всегда обращайте внимание на версию протокола, так две линии PCIe 2.0 обеспечивают пропускную способность в 1 ГБ/с, а две линии PCIe 3.0 уже 1,97 ГБ/с. Если ваша система не поддерживает PCIe 3.0 то нет смысла приобретать диски со скоростями доступа свыше 1000 МБ/с.

При покупке младших моделей процессоров также обращайте внимание на количество предоставляемых им линий PCIe, так на рассматриваемой нами плате при установке процессоров Athlon 2xxGE в верхнем разъеме M.2 вместо 4 линий PCIe будет доступно только 2, что делает покупку дисков PCIe x4 в данной конфигурации бессмысленной.

Для нормальной работы NVMe требуется поддержка со стороны накопителя и операционной системы. Поддержка NVMe реализована в популярных ОС начиная с Windows 8.1, Linux kernel 3.3 и FreeBSD 10.2. Если установить NVMe диск в систему без поддержки данного протокола, то он будет работать в режиме ACHI. Так как NVMe полностью программный протокол, то от материнской платы его поддержка не зависит.

Помогла статья? Поддержи автора и новые статьи будут выходить чаще:

Или подпишись на наш Телеграм-канал:

Источник