3d nand или tlc что лучше

TLC, MLC или 3D V-NAND — какой тип памяти SSD выбрать?

Стоимость твердотельных носителей определяется производительностью, объёмом памяти и количеством допустимых циклов перезаписываемой информации. Все технические характеристики зависят от типа памяти SSD. Рассмотрим, какие виды флеш-памяти бывают во внешних и стационарных накопителях и, что лучше выбрать TLC или MLC.

Существующие типы памяти SSD

Скорость передачи информации, а также количество циклов перезаписи в твердотельных дисках зависят от встроенной флеш-памяти и контроллера. Тип памяти SSD диска по способу построения бывает NAND и 3D NAND. По способу хранения информации накопители бывают четырёх видов TLC, eMLC, MLC, SLC. Все они работают на транзисторах и своеобразных плавающих затворах. При этом уровень напряжения, который хранится на плавающей затворке, и обуславливает значение битов/бита хранимой информации. Единичный транзистор может хранить один бит информации, два или три. Из-за желания увеличить объём памяти твердотельного накопителя и снизить его себестоимость, за всё время существования и было создано четыре типа памяти SSD:

1. SLC. Первые твердотельные накопители были оснащены типом памяти SLC. Это одноуровневая ячейка, на которой хранится только 1 Бит информации. Есть определённое номинальное значение, определяющее, количество хранение Битов в ячейке. Когда напряжение выше логического номинального, то там хранится логическая единица, если ниже номинального — 0. Поэтому в одной ячейки и хранится всего один бит, так как есть только 2 определяющих значения напряжения. Для первых SSD накопителей SLC память показывала удивительные возможности, особенно в сравнении с жёсткими дисками. При этом срок годности или показатель циклов перезаписи выше всех следующих типов — 100 тыс. Производительность также высокая — скорость считывания информации 25 мс, основной недостаток — высокая цена и малый объём памяти. Поэтому тип SSD на основе SLC используется только для работы серверов и дата-центров.

1. Производители стали биться над созданием флеш-памяти, которая могла бы хранить не один бит памяти в ячейке, а хотя бы два. Для этого им пришлось увеличить количество порогов напряжения. Так появился тип памяти MLC, использующий уже четыре отдельных значения напряжения — 00, 01, 10, 11. Как итог, всё-таки удалось снизить цену на SSD в целом, но за счёт увеличения плотности памяти, микросхемы стали чувствительнее к негативным факторам и перегреву и показатель P/E (количество циклов перезаписи) снизился в 10 раз, а точнее до 10 тыс. Скорость передачи данных тоже упала почти в два раза — до 45 мс.

1. Подвид памяти MLC оптимизированный под предпринимательский сектор использования, обслуживания серверов, дата-центров. Тип флеш-памяти eMLC что-то средние между SLC и MLC: количество циклов перезаписи 20-30 тыс. Но по скорости обработки данных уступает SLC.
2. Удавшаяся реализация предыдущего способа хранения большей информации на одной ячейке и желание сделать твердотельные накопители бюджетными и доступными простым пользователям, привели к созданию типу памяти TLC. Для неё уже было создано 8 пороговых значений напряжения (000, 001, 010, 011, 100, 101, 110, 111), соответственно одна ячейка уже могла хранить три Бита памяти. Слишком плотное хранение информации снова негативно отразилось на технических характеристиках, таких как скорость чтения и записи информации и долгосрочности работы SSD. Так, количество возможных циклов записи и перезаписи по сравнению с SLC со 100 тыс. снизилось до 3-5 тысяч. Скорость передачи данных у SSD с TLC памятью стала всего лишь 25 мс, но этот показатель всё равно выше, чем у HDD дисков в 10 раз. В то же время стоимость на твердотельный накопитель такого плана сделала его доступным для любого среднестатистического пользователя.

Для домашнего использования чаще всего выбирают SSD с типом памяти TLC или MLC.

Какой тип памяти лучше TLC или MLC

Если брать в целом разницу работы SSD на чипах TLC и MLC, то вторые имеют неоспоримые преимущества:

• Скорость работы выше на 20 мс (45 против 25 мн).
• Продолжительность срока эксплуатации больше в 2-3 раза.
• Электроэнергии для работы нужно меньше, значить менее энергоёмкие.
• Прочность и надёжность эксплуатации также выше.

Главный недостаток — это стоимость твердотельных накопителей с MLC, при том что цена и на бюджетные модели достаточно высокая, несмотря на её значительное снижение в последние годы. К тому же не стоит забывать, что даже самый бюджетный внешний или стационарны SSD с TLC флеш-памятью по производительности будет в несколько раз выше, чем жёсткий диск, так зачем переплачивать.

А также при определении, какой тип памяти лучше TLC или MLC, нужно брать не общие характеристики, а исходные данные вашего компьютера, интерфейс подключения. Например:

1. При более высокой стоимости бюджетного SSD c чипом памяти MLC и более высоким параметрами производительности, указанных на упаковке, после подключения через интерфейс SATA3, с большой вероятностью будут показывать одинаковую пропускную способность. Также если MLC подключить через PCI-E, а TLC через PCI-E NVMe, то последний твердотельный накопитель будет показывать скорость считывания информации выше.
2. Разным может быть и потребления электроэнергии при подключение в разные интерфейсы. Так, несмотря на то, что TLC поглощает больше электроэнергии, при подключении в SATA3, этот показатель будет в несколько раз ниже, в сравнении с твердотельным накопителем MLC подключенным в интерфейс PCI-E.
3. Разница в производителях тоже может сыграть свою роль при выборе, что лучше TLC или MLC. При одинаковой стоимости TLC может выигрывать в объёмах памяти или гарантийном сроке эксплуатирования.

Тем более, что это не все параметры, влияющие на работу SSD, его производительность, срок работы и электропотребления. Иногда выгоднее взять накопитель с TLC нового поколения, пусть и уступающего по некоторым техническим характеристикам или равных по ним, чем SSD с устаревшей моделью памяти типа MLC.

Поэтому однозначного ответа, какой тип памяти лучше MLC или TLC нет. Всё зависит от цели покупки и задач возлагаемых на накопитель. Если SSD нужен для офисной работы или частых загрузок сторонней информации с её последующим удалением, или вы гонетесь за скоростью передачи данных, то лучше выбрать MLC. Для спокойного домашнего использования, чтобы увеличить скорость работы компьютера или ноутбука, достаточно будет твердотельного накопителя с памятью типа TLC. У него хватает производительности, чтобы удовлетворить юзера, и срок гарантийного использования, переводя циклы перезаписываемой информации на года, 3-5 лет. Что равняется сроку использования стандартного жёсткого накопителя до его выхода из строя.

3D NAND что это и стоит ли покупать

Для удовлетворения запросов на ёмкость SSD накопителей и чтобы при этом не страдала техническая часть с последующим уменьшением срока работы накопителя, производители стали уменьшать размер самих чипов памяти. Так они дошли до своего предела в 15-12 нм. Исчерпав возможность двигаться в этом направлении и увеличивать память за счёт количества хранения информации на ячейки, они решили изменить структуру их расположения. Так, появились многоуровневые флеш-памяти под аббревиатурой 3D NAND, то есть если ранее ячейки размещались в один слой, то теперь многослойно. Первая компания, которая выпустила трёхмерный чип памяти с трёхуровневыми ячейками, была Самсунг и назвала своё изобретение V-NAND, где V означало “вертикальный”. Другие производители также подхватили эту идею, и в итоге из-за трёхмерной структуры работы чипа памяти он получил название 3D NAND. В будущем планируется выпускать не только 3D V-NAND, но и 3D H-NAND (горизонтальный), так производители смогут ещё больше увеличить ёмкость памяти и срок использования.

Получается, что 3D NAND — это всё те же типы памяти MLC и TLC, только размещаются не одним слоем, а несколькими. Поэтому вы можете приобрести, например, 3D NAND TLC, который будет на голову выше флеш-памяти TLC, но количество хранения будет всё те же 3 Бита. Качественное улучшение произошло только за счёт увеличения количества транзисторов. И скорее всего выбор между 3D NAND TLC и 3D NAND MLC будет определяться личными предпочтениями. Интересно, что многие производители не спешат в характеристиках уточнять, с каким конкретно типом чипа по количеству хранимой информации та или иная модель, просто пишут 3D NAND.

Стоит ли покупать твердотельный накопитель c 3D NAND? Если вам важно долгое хранение информации, производительность твердотельного накопителя, большой объём памяти (сейчас есть устройства с ёмкостью в 6 Тб), то да. Тем более, что за такой конфигурацией флеш-памяти стоит будущее, уже сейчас они по чуть-чуть стали вытеснять с рынка одноуровневые накопители.

Различия между типами памяти SLC, MLC, TLC и 3D NAND в USB-накопителях, твердотельных накопителях и картах памяти

NAND — это энергонезависимая флеш-память, которая может хранить данные, даже если она не подключена к источнику питания. Возможность сохранять данные при выключении питания делает NAND отличным вариантом для внутренних, внешних и портативных устройств. USB-накопители, твердотельные накопители и SD-карты используют флеш-технологию, обеспечивая память для таких устройств, как мобильные телефоны и цифровые видеокамеры.

На рынке представлены несколько типов памяти NAND. Попросту говоря, каждый из типов отличается количеством битов, которое может храниться в каждой ячейке. Биты представляют собой электрический заряд, который может содержать только одно из двух значений — 0 или 1 (вкл./выкл.).

Ключевые различия между типами памяти NAND заключаются в стоимости, емкости и сроке службы. Ресурс определяется количеством циклов программирования-стирания (P/E), которые может выдержать ячейка флеш-памяти до износа. Цикл P/E — это процесс стирания и записи ячейки, и чем больше циклов P/E может выдержать технология NAND, тем выше ресурс устройства.

Стандартные типы флеш-памяти NAND — SLC, MLC, TLC и 3D NAND. В этой статье рассматриваются различные характеристики каждого типа памяти NAND.

SLC NAND

Преимущества: Высочайший ресурс — Недостатки: Высокая стоимость и низкая емкость

NAND-память в одноуровневыми ячейками (SLC) хранит только 1 бит информации на ячейку. В ячейке хранится либо 0, либо 1, и в результате запись и извлечение данных может выполняться быстрее. SLC обеспечивает самую высокую производительность и ресурс: 100 000 циклов P/E То есть такая память служит дольше других типов NAND-памяти. Однако из-за низкой плотности размещения данных SLC является самым дорогим типом NAND-памяти и поэтому обычно не используется в потребительской продукции. Ее типичные области применения — серверы и другое промышленное оборудование, требующее высокой скорости и долговечности.

MLC NAND

Преимущества: Дешевле памяти SLC — Недостатки: Быстродействие и ресурс ниже по сравнению с SLC

Технология NAND-памяти с многоуровневыми ячейками (MLC) хранит несколько битов на ячейку, хотя термин MLC обычно относится к 2 битам на ячейку. MLC имеет более высокую плотность размещения данных по сравнению с SLC, поэтому позволяет создавать носители большей емкости. Память MLC отличается хорошим сочетанием цены, производительности и долговечности. Однако память MLC, обеспечивающая 10 000 циклов P/E более чувствительна к ошибкам данных и имеет меньший ресурс по сравнению с SLC. Память MLC обычно используется в потребительской продукции, где долговечность не столь важна.

TLC NAND

Преимущества: Наименьшая цена и высокая емкость — Недостатки: Низкая долговечность

NAND-память с трехуровневыми ячейками (TLC) хранит 3 бита на ячейку. За счет увеличения числа битов на ячейку снижается цена и увеличивается емкость. Однако это отрицательно сказывается на производительности и ресурсе (всего 3000 циклов P/E). Во многих потребительских изделиях используется память TLC как самый дешевый вариант..

3D NAND

В последние десять лет одной из крупнейших инноваций на рынке флеш-памяти стала память 3D NAND. Производители флеш-памяти разработали технологию 3D NAND, чтобы устранить проблемы, с которыми они столкнулись при уменьшении размера 2D NAND в попытке достичь более высокой плотности при меньших затратах. В памяти 2D NAND ячейки, в которых хранятся данные, размещаются горизонтально, рядом друг с другом. Это означает, что объем пространства, в котором могут быть размещены ячейки, ограничен, и попытка уменьшить размер ячеек снижает их надежность.

Поэтому производители NAND-памяти решили расположить ячейки в пространстве иначе, что привело к созданию памяти 3D NAND с вертикальным расположением ячеек. Более высокая плотность памяти позволяет увеличить емкость без значительного увеличения цены. Память 3D NAND также обеспечивает более высокую долговечность и меньшее энергопотребление.

В целом, NAND — чрезвычайно важная технология памяти, поскольку обеспечивает быстрое стирание и запись данных при более низкой стоимости на бит. С ростом игровой индустрии развитие технологии NAND продолжится, чтобы удовлетворить постоянно растущие потребности потребителей в хранении данных.

Как выбрать SSD диск и что такое «SLC», «MLC», «TLC», «3D NAND»?

Читайте о конструктивных особенностях твердотельных накопителей. На что стоит обращать внимание при покупке SSD диска, какие у них преимущества и недостатки.

• Введение
• Особенности конструкции и строения твердотельных накопителей
• Преимущества и недостатки твердотельных накопителей «SSD»
• Что собой представляет «NAND» флэш-память?
• Флэш-память «3D NAND»
• Одноуровневая ячейка «SLC»
• Корпоративная многоуровневая ячейка «eMLC»
• Многоуровневая ячейка «MLC»
• Трехуровневая ячейка «TLC»
• Жизненный цикл «SSD»
• Корпоративные и потребительские твердотельные накопители
• Сравнительное описание твердотельного накопителя «Sandisk Ultra 3D»
• Заключение
• Вопросы и ответы
• Комментарии

Введение

Независимо от видов устройств, все они применяются в личных и деловых целях, но основная нагрузка среди них приходится на стационарные персональные компьютеры и ноутбуки. Важным внутренним элементом современных компьютеров, отвечающим за безопасное хранение данных и мгновенный доступ к ним в любой момент времени, несомненно является внутреннее запоминающее устройство. Наиболее распространенным стационарным хранилищем информации, обеспечивающим высокую скорость чтения/записи данных и обладающим самыми большими емкостными характеристиками, является жесткий диск HDD. Одним из главных преимуществ, несомненно влияющим на повышенное внимание пользователей к данному хранилищу, стоит выделить относительно низкую стоимость жестких дисков при значительных объемах внутреннего полезного дискового пространства, что выражается в самой низкой себестоимости одного гигабайта информации, хранящегося на таком устройстве.

Перейти к просмотру

Но в последнее время большую популярность приобретает другой вид запоминающего устройства, подкупающий своими высочайшими скоростными характеристиками при обработке данных, превышающими аналогичные значения жестких дисков в несколько раз, – твердотельные накопители SSD. Они имеют сравнительно меньшие размеры за счет другого внутреннего организационного построения, не издают шума как аналогичные жесткие диски по причине отсутствия движущихся частей, гораздо более устойчивы к внешним повреждениям (например, вызванным в результате падения накопителя) и обладают рядом функциональных особенностей, отличающих их от жестких дисков, одним из которых является уменьшенное значение внутреннего объема накопителя.

И далее мы подробнее остановимся на представлении конструктивных особенностей твердотельных накопителей и представим описание одного из образцов, относительного не дорогого варианта, современного «SSD» хранилища.

Особенности конструкции и строения твердотельных накопителей

Понятие твердотельный накопитель проистекает из особенностей конструктивных элементов, с помощью которых реализуется технология записи, чтения и хранения информации. И следуя их свойствам можно утверждать, что твердотельный накопитель «SSD» («Solid State Drive») представляет собой электронное самодостаточное запоминающее устройство, способное хранить данные при отсутствии электрического питания, и полноценное функционирование которого осуществляется посредством применения комплекса внутренних микросхем и управляющего контроллера на основе полупроводниковой технологии.

Конфигурационное устройство накопителя информации «SSD» подразумевает обязательное наличие нескольких основных элементов, присутствующих в обязательном порядке в большинстве запоминающих устройств.

Самый массовый вид твердотельных накопителей построен на принципах хранения информации при помощи микросхем флэш-памяти «NAND», в зависимости от емкости накопителя имеющий один или несколько таких блоков. «NAND» флэш-память применяется для хранения пользовательских данных в блоках энергонезависимой (не требующей питания для поддержки целостности данных) памяти. Отдельным элементом может выступать память «DDR», владеющая небольшим количеством энергозависимой памяти (непосредственно требует питания для хранения данных), используемой для кэширования информации для последующего доступа, и присутствует не в каждом варианте твердотельного запоминающего устройства «SSD». И в дополнение к основной конструкции важным элементом устройства выступает контроллер, который концентрирует и обеспечивает основное соединение между «NAND» флэш-памятью и компьютерным устройством, а также содержит программную прошивку, которая отвечает за полноценное управление запоминающим накопителем «SSD». Помимо прочего, контроллер хранит сведения о том, какие и сколько раз использовались блоки памяти для сохранения информации, определяет степень их износа (истирания) и перенаправляет запись новых данных на менее изношенные блоки для более равномерной выработки памяти накопителя.

Такой технологический союз электронных компонентов позволяет применять твердотельные накопители «SSD» в качестве универсального хранилища данных как единственное запоминающее устройство (например, в неттопах, планшетах, нетбуках, коммуникаторах и т.д.), так и использовать совместно с жесткими дисками, образуя разделение приоритетов (например, операционная система установлена на твердотельном устройстве «SSD», а основной объем данных, который не предъявляет особых скоростных требований, располагается на жестком диске «HDD»). А иногда и встраиваться в общий корпус с магнитными дисками, образуя единые гибридные жесткие диски.

Преимущества и недостатки твердотельных накопителей «SSD»

Благодаря своему особому строению и подходу к процессам хранения и чтения/записи информации, твердотельные накопители SSD получают значительные преимущества в сравнении с жесткими дисками HDD, основные отличия которых сосредоточены в следующих параметрах:

• Гарантированное устойчивое постоянное время считывания файлов, которое абсолютно не зависит от таких факторов, как месторасположение данных на диске и степени дробления и размеров частей;
• Отсутствие механических элементов способствует серьезному увеличению, по сравнению с диском «HDD», скорости чтения/записи данных, абсолютно тихой работе устройства полностью без лишнего шума и поддержанию высокой надежности от механических видов воздействия на протяжении всего срока эксплуатации;
• Высокая производительность, превышающая аналогичные показатели дисков «HDD» в несколько раз, благодаря способности осуществлять запуск множества одновременных произвольных операций и не требуя обязательных механических перемещений аппаратных элементов, как в жестких дисках (например, запуск вращения дисков или изменения расположения блока магнитных головок) для выполнения задания;
• Продвинутая полупроводниковая технология способствует низкому уровню энергопотребления, значительному снижению чувствительности к электромагнитному воздействию, а также позволяет уменьшить габаритные размеры и общий вес устройства, создавая новый отраслевой стандарт.

Однако несмотря на присутствие многих факторов, существенно опережающих показатели жестких дисков по отдельным представленным параметрам, твердотельные накопители имеют ряд недостатков, ощутимо заметных в сравнении с самым массовым хранилищем данных «HDD», которые серьезно ограничивают их применение:

• Конечное количество циклов записи информационных материалов, ограниченное технологическими возможностями различных видов «NAND» флэш-памяти, применяемыми в устройствах различной ценовой категории, подробнее которые мы рассмотрим в следующем разделе;
• Высокая себестоимость единицы памяти твердотельного накопителя «SSD», даже с учетом постоянно снижающегося, за счет усовершенствования технологии производства и используемых материалов, общего значения цены запоминающего устройства, в разы превышающая аналогичные показатели стоимости единицы памяти жесткого диска;
• Образцы моделей твердотельных устройств малой стартовой емкости ограничены более низким уровнем производительности в меру своих конструктивных особенностей;
• Общая эффективность накопителей напрямую зависит от граничных объемов данных и может иметь временное снижение продуктивности при работе с информацией повышенной емкости или при использовании более медленных программных страниц памяти;
• «SSD» накопители подвержены, зачастую неожиданным, поломкам отдельных узлов (например, микросхем памяти «NAND» или контроллера), слабая защита от помех при выполнении операций чтения/записи, присутствует определенный риск возникновения внутренних ошибок кодов коррекции;
• Повышенная сложность или полное отсутствие возможности восстановления данных по причине скачков при подаче напряжения и массового применения в устройствах команды «TRIM», способствующей непосредственному безвозвратному удалению информации.

Однако несмотря на наличие конкретных недостатков, технологии создания полупроводниковых устройств памяти «SSD» развиваются и стремительно приближаются, по многим критериям, к полноценной замене вариантов жестких дисков «HDD», или, по крайней мере, к их равноценному обоюдному применению.

Перейти к просмотру

Что собой представляет «NAND» флэш-память?

Основным элементом твердотельного накопителя, отвечающим за постоянное и безошибочное хранение данных, без преувеличения необходимо назвать «NAND» флэш-память, на описании вариантов которой необходимо остановиться более подробно.

Флэш-память «NAND» состоит из огромного множества ячеек, которые содержат биты, и они либо включаются, либо выключаются в зависимости от подачи на них электрического заряда. Способ организации ячеек флэш-памяти «NAND» обусловлен наличием управляемых транзисторов с плавающим затвором, которые регулируют принудительную подачу заряда, благодаря чему происходит процесс создания большой напряжённости электрического поля, выраженный в непосредственной записи или стирании информации в ячейки. Количество битов для записи данных в ячейках определяет наименование флэш-памяти и варьируется от одного до нескольких бит, например, флэш-память одноуровневой ячейки («SLC») содержит один бит в каждой ячейке.

Печатная плата запоминающего устройства, содержащая «NAND» память, контроллер и память «DDR», обладает соответствующими отраслевыми стандартными размерами для беспроблемной установки в разнообразные компьютерные устройства. Поэтому производители применяют технологию увеличения количества зарядов на плавающем затворе транзистора, позволяющую соответственно размещать в одной ячейке большее количество бит, увеличивая их до двух в памяти «MLC», или повышая общее количество бит в ячейке до трех в памяти «TLC». Такой подход обусловлен стремлением значительно удешевить конечный продукт и серьезно увеличить его полезную емкость, а память получила соответствующую классификацию многоуровневая.

Однако существуют конкретные причины, по которым производители, наряду с высокоемкостными накопителями на базе многоуровневых вариантов памяти, собирают флэш-память с одним битом на ячейку, например, одноуровневая память «SLC». Преимущество «SLC» заключается в том, что память является самой быстрой и долговечной из представленных образцов, но имеет недостатки, получившие свое отражение в более затратном производстве и сравнительно малой конечной емкости хранения в гигабайтах. Поэтому «SLC» предпочтительнее для интенсивного использования на предприятиях, готовых потратить значительные средства на покупку дорогостоящих запоминающих устройств на базе одноуровневой памяти.

Флэш-память с использованием технологии «MLC» и «TLC» по сравнению с «SLC» ощутимо дешевле в производстве и представлена с более высокой емкостью хранения, но за счет сравнительно короткого срока службы, более медленных скоростей и увеличенного времени доступа предлагает значительно меньшее количество гарантированных циклов чтения/записи информации. Поэтому твердотельные накопители «SSD» на основе памяти «MLC» и «TLC» предпочтительны для повседневного использования на потребительских компьютерных устройствах.

Осознание собственных потребностей в определенных вычислительных мощностях и понимание основ устройства и функционирования флэш-памяти «NAND» не только поможет пользователям выбрать правильный вариант накопителя «SSD», учитывая разнообразные критерии отбора (например, обоснованная себестоимость одного гигабайта информации, выраженного в цене продукта), но и позволит более ответственно подходить к вопросу его эксплуатации.

Перейти к просмотру

Флэш-память «3D NAND»

Плотное расположение ячеек на пластине флэш-памяти «NAND», последующее уменьшение их размера для увеличения общего количества, влияющее на емкость устройства, ограничены единичным размером ячейки, который на сегодняшний день, по ряду причин, не может быть менее 14 нм.

Однако существующая эффективность и емкость твердотельных накопителей «SSD» требует увеличения общего числа ячеек. С этой целью ведущие производители кристаллов «NAND» памяти разработали и применили технологию вертикального расположения слоев кристаллов в одной плоскости, начав с нескольких слоев для увеличения плотности и успешно освоив создание 96-слойной памяти.

Такой вариант памяти получил название «3D NAND», применение которой позволило существенно повысить емкость кристалла и вернуть техпроцессы производства к более привычным и менее затратным величинам.

Благодаря внесенным изменениям объем конечных твердотельных накопителей существенно возрос, а скорость обработки и количество процессов чтения/записи увеличились на порядок.

Перейти к просмотру

Одноуровневая ячейка «SLC»

Каждая ячейка одноуровневой флэш памяти «SLC» обладает лишь двумя уровнями заряда на плавающем затворе и хранит только один бит информации, который может быть включен или выключен соответствующей подачей.

Изменение заряда в ячейках сопряжено с накоплением необратимых изменений в их структуре, и потому гарантированное количество записей для каждой ячейки флэш-памяти ограничено.

Преимущество такого типа флэш-памяти заключается в способности наиболее точно осуществлять процесс чтения и записи данных, а также обеспечивать значительную продолжительность этих циклов. Предполагается, что подтвержденный жизненный цикл программы чтения/записи будет гарантированно составлять от 90000 до 100000. Такие возможности позволяют запоминающим устройствам, реализованным на основе использования одноуровневых ячеек памяти «SLC», успешно быть задействованными и отлично зарекомендовать себя на корпоративном рынке, во многом благодаря своему длительному сроку службы, точности и общей производительности. Применение данных устройств для домашних компьютеров с таким типом «NAND» памяти минимально по причине их высокой стоимости и незначительной емкости хранения.

Неоспоримыми преимуществами можно назвать:

• Самый длинный срок службы и максимальное количество циклов перезаписи по сравнению с любым другим типом флэш-памяти.
• Более надежная защита операций чтения/записи от реальных помех и образования сбойных ячеек.
• Способна полноценно функционировать в существенно более широком температурном диапазоне.

Также необходимо выделить отдельные недостатки:

• Самый дорогой тип «NAND» флэш-памяти из всех представленных видов на рынке.
• Часто накопители с основным источником памяти «SLC» ограничены только небольшими доступными объемами.

В основном, такие твердотельные устройства рекомендуются для промышленного использования и применения в отраслях с внушительными рабочими нагрузками, требующих огромного количества циклов чтения/записи. Ярким примером обоснованного использования может служить установка устройств с одноуровневой памятью «SLC» в серверах.

Перейти к просмотру

Корпоративная многоуровневая ячейка «eMLC»

Память на основе многобитовых ячеек «eMLC» представляет собой разновидность флэш-памяти базовой многоуровневой ячейки «MLC» с той лишь разницей, что она оптимизирована для непосредственного применения в корпоративном секторе, имеет более высокую производительность и долговечность, а также обеспечивает более стабильное функционирование процессов чтения/записи из ячеек памяти. Гарантированное заявленное количество жизненных циклов чтения/записи данных составит от 20000 до 30000. Вариант памяти с ячейками «eMLC» предоставляет более дешевую альтернативу запоминающим устройствам, исполненным с применением одноуровневых ячеек «SLC», но при этом сохраняет отдельные преимущества «SLC» и обеспечивает приемлемое достаточное количество циклов перезаписи.

К положительным свойствам данного вида ячейки можно отнести:

• Более дешевая альтернатива корпоративных твердотельных накопителей «SSD» в сравнении с устройствами на базе памяти с одноуровневыми ячейками «SLC».
• Имеет лучшую производительность, помехоустойчивость, защиту от ошибок и выносливость по сравнению со стандартными ячейками «MLC».

Из отрицательных свойств ячейки «eMLC» необходимо отметить:

• Не соответствует уровню производительности и гарантированному подтвержденному сроку эксплуатации хранилищ данных «SSD», использующих флэш-память «NAND» с однобитовыми ячейками «SLC».

Рекомендации по использованию аналогичны представленным в предыдущем разделе для твердотельных накопителей «SSD» с памятью, состоящей из одноуровневых ячеек «SLC», например, корпоративное, промышленное и серверное применение, а также процессы с повышенной рабочей нагрузкой, содержащие большое количество циклов перезаписи данных.

Перейти к просмотру

Многоуровневая ячейка «MLC»

Многобитовая ячейка «MLC», как следует из названия, хранит несколько бит данных в одной ячейке. Обычно под сокращением «MLC» принимают память с четырьмя уровнями заряда, что позволяет располагать в каждой ячейке по два бита. Большим преимуществом такой организации памяти является более низкая стоимость производства и на порядок большая емкость конечного хранилища данных, по сравнению с производством и внутренним объемом флэш-памяти на основе ячеек формата «SLC». Значительно меньшие затраты на изготовление запоминающего устройства «SSD» несомненно отражаются на его цене в сторону уменьшения, чем серьезно повышают привлекательность для потребителей, и по этой причине флэш-память «MLC» очень популярна среди многих компаний-производителей. Заявленные циклы перезаписи многобитовой ячейки «MLC» варьируются в пределах 10000 на ячейку, что задает предпочтение использовать флэш-память «MLC» для потребительских твердотельных накопителей.

Выделяются следующие достоинства флэш-памяти с многобитовыми ячейками «MLC»:

• Более низкие производственные затраты и, как следствие, значительно меньшая стоимость накопителей «SSD» для конечного пользователя.
• Гораздо более надежная память по сравнению с вариантом «TLC».

Их слабых мест стоит отметить:

• Уровень долговечности и надежности в разы уступает показателям одноуровневых ячеек «SLC» или корпоративным твердотельным накопителям на их основе.
• Более высокое время доступа и достаточно низкий ресурс в сравнении с «SLC».

Флэш-память «NAND», содержащая многоуровневые ячейки «MLC», обладает прекрасными показателями и превосходно подходит для повседневного потребительского использования и игрового применения.

Перейти к просмотру

Трехуровневая ячейка «TLC»

Флэш-память, использующая многобитовые ячейки «TLC» с восемью уровнями заряда, каждая из которых содержит по три бита, является самой дешевой формой памяти, применяемой для твердотельных накопителей «SSD». Возможности устройств с памятью «TLC» позволяют их применять только для простого потребительского использования и не способны соответствовать стандартам промышленного и корпоративного секторов. Достоверные жизненные циклы чтения/записи информационных ресурсов значительно меньше остальных, представленных выше, вариантов, и составляют всего лишь от 3000 до 5000 циклов на ячейку.

Особую ценность для конечных потребителей представляет тот факт, что производство «NAND» памяти на базе трехуровневых ячеек «TLC» является наименее затратным, что, в свою очередь, приводит к основательному удешевлению запоминающих устройств формата «SSD».

В тоже время, отрицательным фактором несомненно выделяется масштабно меньшее количество циклов перезаписи даже по сравнению с общеклассовым видом многоуровневых ячеек «MLC».

Запоминающие устройства с флэш-памятью «TLC» можно рекомендовать для обычного повседневного пользовательского применения на устройствах, таких как, планшеты или нетбуки.

Перейти к просмотру

Жизненный цикл «SSD»

Как и любые устройства, твердотельный накопитель «SSD» не может работать вечно и имеет конечный срок службы. Как отмечалось выше, жизненный цикл твердотельного накопителя можно напрямую соотнести с ресурсом записи флэш-памяти «NAND», с которой он поставляется. Память, использующая для функционирования одноуровневые ячейки «SLC», например, будет иметь самый большой гарантированный срок эксплуатации, в разы превышающий, при одинаковых условиях применения, память с многоуровневыми ячейками «MLC» или «TLC», но стоимость ее будет слишком дорогой.

Для самой распространенной флэш-памяти «MLC» и «TLC», которая обычно встречается в потребительских твердотельных накопителях, исходя из заявленных циклов перезаписи, возникает вопрос, насколько долго их можно будет гарантированно использовать и какой объем данных они смогут выдержать?

Проведя небольшой сравнительный тестовый анализ некоторых доступных твердотельных накопителей потребительского уровня, большинство из которых были представлены флэш-памятью «NAND» с ячейками «MLC», были получены обнадеживающие многообещающие результаты. Каждое из тестируемых устройств обеспечило запись как минимум 700 терабайт («ТБ») информации, а некоторые из образцов смогли перешагнуть рубеж в один петабайт («ПБ»).

Такой объем данных достаточно велик, и для примера, можно рассмотреть, что собой представляет массив возможной информации в размере одного петабайта на твердотельном накопителе «SSD».

1 петабайт («ПБ») = 1000 терабайт («ТБ») / 1 000 000 гигабайт («ГБ») / 1 000 000 000 («МБ»)

Исходя из соотношения, можно вычислить, что один «ПБ» может вместить:

• 222 222 фильма «DVD» размером по «4,5 ГБ»;
• 333,333,333 песни формата «mp3» в усредненном диапазоне величины «3 MB» на песню;
• 500 000 000 фотографий расширения «JPG» по «2 МБ» на изображение;
• 15 384 установок игры «Grand Theft Auto V» при затрате «65 ГБ» на установку.

Проанализировав полученные ответы можно смело отбросить сомнения, что хранилище данных «SSD» выйдет из строя за короткий промежуток времени.

Поэтому если пользователи рассматривают запоминающее устройство «SSD» с активными ячейками памяти «MLC» или «TLC» для повседневного применения, например, хранения: музыкальных композиций, фотографий и различных изображений, программного обеспечения, личные документов, или планируют активно использовать для игр и развлечений, то в таком случае они могут быть абсолютно уверенны, что средний гарантийный срок службы накопителя «SSD» составит не менее пяти лет. Такой вид эксплуатации считается легким при сравнении с постоянным интенсивным использованием памяти для чтения/записи корпоративных серверов и компьютеров.

Примечание. Для пользователей, которые беспокоятся о сроке службы своих твердотельных накопителей, применение технологии самоконтроля, анализа и отчетности «S.M.A.R.T.», поможет лучше отслеживать жизненный цикл «SSD» устройств и своевременно обнаруживать возможные неисправности диска.

Корпоративные и потребительские твердотельные накопители

Функциональные различия и повышенные требования, предъявляемые корпоративным твердотельным накопителям, выделяют их в отдельную обособленную категорию, серьезно отличающуюся от класса потребительских твердотельных устройств «SSD». Корпоративные твердотельные запоминающие устройства разработаны с учетом более высоких стандартов, задействованы и стабильно работают в высокотехнологичных службах, военной сфере, науке и других областях, требующих большого объема чтения и записи данных.

Серверы баз данных являются примером того, где находят полноценное применение образцы корпоративных твердотельных накопителей. Они работают круглосуточно и испытывают потребность в значительных показателях эксплуатационных циклов чтения/записи, более высоких скоростях перезаписи информации, повышенной надежности и долговечности при функционировании в жестких условиях.

Варианты потребительских твердотельных накопителей менее дорогостоящи и представляют собой урезанные версии корпоративных твердотельных запоминающих устройств. Конечно может показаться, что определенных характеристик накопителей недостаточно, но преимущества более дешевого продукта с большей емкостью хранилища того стоят. Кроме того, производители постоянно повышают производительность, надежность и количество гарантированных циклов перезаписи «SSD», одновременно снижая цену, тем самым повышая общую эффективность потребительских устройств.

Сравнительное описание твердотельного накопителя «Sandisk Ultra 3D»

Многие пользователи несомненно задумывались над улучшением и обновлением собственного персонального компьютера, с целью увеличить скорость обработки данных и общую производительность операционной системы. Одним их вариантов является установка дополнительного диска, обладающего большой емкостью и высокой продуктивностью, и «Sandisk Ultra 3D» – один из лучших твердотельных накопителей, полностью соответствующий заявленным требованиям. Несмотря на то, что в «SSD» устройстве используется флэш-память «NAND», содержащая трехуровневые ячейки «TLC», накопитель подкупает своей емкостью и отсутствием потерь производительности, характерными для данного класса ячеек, и соизмерим по своим характеристикам с многоуровневыми ячейками «MLC».

«Sandisk Ultra 3D» выпускается в стандартном форм-факторе «SATA 6 Гбит/с», обладает универсальными размерами, установленными для данной категории, и может быть задействован для модернизации ряда ноутбуков среднего величины и стационарных персональных компьютеров.

Твердотельный накопитель доступен в различных емкостях, начиная с «250 ГБ» и заканчивая «2 ТБ» по демократичной цене. Модель объемом «250 ГБ» рассчитана на массив записи в «100 ТБ» в течение всего гарантийного срока службы накопителя, и сохраняет данное соотношение для остальных моделей устройств. А для исключения развития сбойных ячеек, ошибок кодов коррекции и операций чтения реализована трехлетняя гарантия.

Высокая производительность твердотельного накопителя «Sandisk Ultra 3D» отличается тем, что устройство не страдает от потери производительности при чтении/записи, которая происходит на других дисках с памятью «TLC» по аналогичной цене при заполнении области временного хранения информации. Избежать западения производительности удается за счет реализации многоуровневой техники кэширования, которая по своим показателям максимально приблизилась к значениям производительности многоуровневых ячеек «MLC» флэш-памяти «NAND» и соответствует ее усредненным показателям.

Перейти к просмотру

Заключение

Массовое создание разнообразных видов информационных материалов в электронно-цифровом виде, развитие и распространение международной сети «Интернет» вынуждает постоянно улучшать и совершенствовать виды современных компьютерных устройств. Развитие технологии полупроводниковых материалов положило начало обширному применению высокоскоростных твердотельных накопителей «SSD», главный элемент которого, отвечающий за хранение данных, создан на ее основе.

Однако многообразие представленных вариантов запоминающих устройств, выполненных с разнообразными конфигурациями памяти, требует понимания принципиальных различий. Исходя из представленных разъяснений разницы между основными понятиями «SLC», «MLC» и «TLC» флэш-памяти «NAND», пользователям не составит особого труда определиться с необходимым типом запоминающего устройства «SSD» в соответствии с собственными потребностями, с учетом всех преимуществ и отдельных недостатков каждого вида памяти.

Для корпоративных нужд и больших рабочих нагрузок оптимальным будет выбор твердотельных накопителей «SSD» на базе одноуровневой ячейки памяти «SLC», содержащей один бит на ячейку, предлагающих максимальные значения, среди всех возможных вариантов, по скорости чтения/записи и операциям циклов перезаписи, показателям выносливости и надежности, но имеющих непомерно высокие значения конечной стоимости. Также возможен вариант применения запоминающих устройств «SSD» с памятью формата «eMLC», способными успешно справляться с повышенными корпоративными, производственными и серверными требованиями, но обладающими более скромными показателями скорости и количества циклов чтения/записи, однако взамен предлагающими более лояльные стоимостные характеристики.

Для ежедневного потребительского использования, включающего игры и развлечения, оправданным будет использование твердотельных накопителей «SSD» с многоуровневой памятью «MLC», обеспечивающей достаточно высокие значения циклов чтения/записи и скорости обработки информации при существенно низкой стоимости готовых изделий, а также уверенный уровень надежности и помехоустойчивости.

При относительно небольших потребительских нагрузках рациональным будет выбор устройств «SSD», использующих память с трехуровневыми ячейками «TLC», владеющими максимальными показателями емкости и дешевизны устройств в ущерб общей производительности и эффективности операций чтения/записи, в сравнении с более продвинутыми предыдущими версиями флэш-памяти.

И как вариант, способный объединить качество скорости обработки информации и количество циклов перезаписи уровня ячеек «MLC» с емкостными характеристиками, доступными в ячейках памяти «TLC», необходимо рассмотреть возможность использования твердотельного накопителя с памятью формата «3D NAND», образец которого представлен в предыдущем разделе.

Если появились вопросы или желание поделиться собственным опытом использования различных вариантов твердотельных накопителей «SSD» с разнообразными форматами построения ячеек, то пишите нам в комментариях для общения и советов.

Автор: Andrey Mareev, Технический писатель

В далеком 2005 году, я получил диплом по специальности «Прикладная математика» в Восточноукраинском национальном университете. А уже в 2006 году, я создал свой первый проект по восстановлению данных. С 2012 года, начал работать в компании «Hetman Software», отвечая за раскрутку сайта, продвижение программного обеспечения компании, и как специалист по работе с клиентами.

Редактор: Michael Miroshnichenko, Технический писатель

Мирошниченко Михаил – одни из ведущих программистов в Hetman Software. Опираясь на пятнадцатилетний опыт разработки программного обеспечения он делится своими знаниями с читателями нашего блога. По мимо программирования Михаил является экспертом в области восстановления данных, файловых систем, устройств хранения данных, RAID массивов.

• Обновлено:
• 14.10.2023 14:32

Выбираем SSD: обзор вариантов на рынке и советы экспертов (2022)

Конечно, SSD различаются не только типом подключения и форм-фактором. Внутри тоже имеются существенные отличия. Мы начнем с технологий флэш-памяти.

SLC, MLC, TLC и QLC — что это такое?

Если посмотреть спецификации нескольких SSD, то они будут опираться на те или иные технологии флэш-памяти. Чаще всего упоминаются SLC, MLC, TLC, QLC и 3D-NAND. Первые четыре аббревиатуры указывают, сколько битов записываются в ячейку памяти. В случае Single Level Cell (SLC) речь идет об одном бите, у ячеек Multi Level Cells (MLC) мы получаем два бита, Triple Level Cells (TLC) — три бита. Наконец, Quadruple Level Cells (QLC) — четыре бита на ячейку. Строго говоря, MLC описывает все технологии за исключением SLC, поэтому иногда встречаются такие обозначение, как 2-bit MLC или 3-bit MLC.

Как можно догадаться по названию, разные типы памяти позволяют записывать разное число бит в ячейку. Поэтому для хранения одного и того же объема данных требуется больше ячеек SLC, чем TLC или QLC. Что приводит к соответствующему увеличению цены.

Однако и недостатки памяти с высоким числом битом на ячейку очевидны. Следует помнить, что для фиксации значения ячейки используются электроны (заряд). В случае SLC все просто — заряд либо есть, либо нет, что дает 2 1 состояний. С ячейками MLC мы получаем уже градации заряда, 2 2 состояний. Соответственно, с ячейками TLC и QLC число состояний увеличивается до 2 3 и 2 4 . В последнем случае речь идет о 16 состояниях, причем контроллер должен более точно программировать ячейку и корректно считывать состояние. Поэтому и производительность снижается по сравнению с SLC. Кроме того, ячейки памяти не вечные, чем они будут интенсивнее использоваться, тем меньше будет срок службы.

Но производители продолжают оптимизировать контроллеры и чипы памяти, поэтому и расчетный срок службы накопителей увеличивается. Например, в случае WD Red SN700 NVMe SSD емкостью 4 Тбайт производитель указывает расчетную нагрузку записи TBW 5.100 Тбайт, что в 1.275 раз превышает емкость. На практике обычный пользователь ПК вряд ли достигнет подобного уровня, но производители SSD продолжают повышать уровень TBW.

3D-память

Производители флэш-памяти уже несколько лет развивают концепцию 3D NAND, которая позволяет увеличить надежность и производительность. В отличие от планарной флэш-памяти 2D, ячейки памяти формируют трехмерную структуру. А 2D-память осталась уделом бюджетных накопителей.

В случае 3D NAND слои памяти накладываются друг на друга как в «бутерброде». В результате 96 слоев памяти позволяют уместить в 96 раза больше данных, чем в случае TLC SSD на планарной 2D NAND.

Что такое SLC-кэш?

Ключевым компонентом high-end накопителей является система кэширования. И здесь следует различать два типа: кэш DRAM и кэш (псевдо) SLC. В случае кэша DRAM на SSD устанавливается соответствующий чип оперативной памяти помимо NAND, с которым работает контроллер накопителя. Как правило, емкость DRAM составляет один гигабайт на терабайт хранения данных, в этой памяти кэшируются таблицы привязки. Конечно, современная NAND становится все быстрее, задержки продолжают снижаться, но DRAM пока что лидирует по скорости. В результате контроллер получает таблицы из DRAM максимально быстро, чем в случае хранения их на NAND. Бюджетные SSD кэшем DRAM не оснащаются, что следует учитывать.

Современная флэш-память может работать с высокой пропускной способностью, в том числе и TLC NAND, но ее все равно недостаточно, чтобы достичь насыщения интерфейса PCIe. Поэтому SSD оснащаются так называемым кэшем SLC, емкость которого зависит от объема накопителя. Запись в SLC-кэш, как можно догадаться по названию, идет в режиме SLC, то есть по одному биту в каждую ячейку. Емкость при этом расходуется нерационально, зато производительность записи самая высокая. После заполнения доступной емкости SLC-кэша запись производится уже в стандартном режиме TLC/QLC, что снижает производительность. Кроме того, если емкость SSD почти полностью заполнена, то и места для SLC-кэша не остается.

Срок службы SSD: насколько важны TBW и MTBF?

Технология флэш-памяти сказывается на сроке службы SSD. И здесь довольно часто используется термин «TBW».

За ним скрывается общий объем записанных байт (Total bytes to be written). Если верить спецификациям, у WD Red SN700 NVMe SSD емкостью 4 Тбайт мы получаем значение TBW 5.200 Тбайт. Таким образом производитель гарантирует запись 5.200 Тбайт информации на накопитель на протяжении его жизненного цикла. Важно отметить, что речь идет о минимальном значении. То есть SSD не выйдет из строя после достижения данного порога, на практике он выдержит намного большую нагрузку. В нашем форуме читатели приводят различные сведения, которые доказывают надежность SSD выше заявленного производителем результата.

Для профессиональных SSD, таких как WD Red SN700 NVMe SSD, подобный показатель воспринимается само собой разумеющимся, но и потребительские SSD сегодня радуют высокой надежностью. Возьмем для примера сравнительно недорогой WD Blue SN570 NVMe SSD емкостью 1 Тбайт и спецификацией TBW 600 Тбайт. Если вы переносите на SSD каждый день 20 Гбайт информации, то накопителя гарантированно хватит на 80 лет. Если же объем записываемой информации увеличить до 400 Гбайт, то срок службы составит 5 лет. Так что даже для энтузиастов значение TBW не составит проблем. Конечно, все несколько иначе выглядит в серверных сценариях, поскольку здесь профили использования могут отличаться. Но и для подобных сценариев есть оптимизированные решения на основе SSD.

Кроме TBW производители часто указывают надежность SSD в MTBF. Здесь речь идет о часах, которые накопитель может проработать до вероятного выхода из строя (по результатам тестов производителя).