Страница 4: Технологии памяти: SLC, MLC, TLC и 3D-NAND
К вопросу технологий памяти многие энтузиасты относятся предвзято, здесь слишком много домыслов и точек зрения. Как же быть обычному пользователю? Попробуем разобраться. Начнем с сокращений SLC, MLC и TLC. Они просто обозначают, сколько бит информации хранится в каждой ячейке. В одноуровневых ячейках SLC (Single Level Cell) хранится один бит. В ячейках MLC (Multi Level Cell) – два бита, в ячейках TLC (Triple Level Cell) – три бита. Конечно, по своему определению технология MLC описывает все варианты, когда в ячейке хранятся два бита или большее количество. Так что можно говорить о 2-битной MLC или 3-битной MLC, в последнем случае мы получаем эквивалент TLC.
Зачем хранить в ячейках больше одного бита? Причина кроется в плотности записи, поскольку при том же количестве ячеек память MLC позволяет хранить в два раза больше информации, чем SLC. А в случае накопителя TLC – на 50% больше информации, чем MLC. В отличие от жестких дисков, цена SSD очень сильно зависит от доступной емкости. Многие жесткие диски для разных вариантов емкости опираются на одинаковое число пластин, просто у «младших» моделей используется не вся их площадь – это связано с низкой себестоимостью производства магнитных пластин. Но производство полупроводниковых чипов флэш-памяти обходится значительно дороже, поэтому при удвоении емкости себестоимость почти что удваивается.
В чем же недостатки? Дело в том, что в ячейке хранятся не биты, а электроны. Чем больше электронов, тем выше напряжение. Таким образом, через напряжение можно кодировать несколько состояний ячейки. В случае SLC таких состояний 21, то есть два. Распознавать два состояния очень легко – электроны в ячейке либо отсутствуют, либо они есть в максимальном количестве. У ячеек TLC состояний уже 23, то есть восемь. Кроме «минимального напряжения» и «максимального напряжения» необходимо распознавать еще шесть состояний, при этом сохраняя необходимую надежность сохранения информации. Так что TLC является весьма серьезной технической проблемой, программирование таких ячеек выполняется дольше, поэтому и производительность ухудшается. Срок службы ячеек памяти ограничен, со временем они теряют возможность надежно сохранять запрограммированное состояние. И в случае восьми состояний подобная потеря надежности наступает раньше, чем в случае всего двух или четырех состояний. Поэтому и срок службы памяти TLC меньше.
С другой стороны, производители постоянно дорабатывают свои контроллеры, улучшая обработку сигналов и коррекцию ошибок, что компенсирует меньший срок службы ячеек TLC. Приведем простой пример: накопитель Samsung SSD 840 EVO оснащен 19-нм памятью TLC, 250-Гбайт версия под экстремальной нагрузкой способна продержаться более десяти лет (по спецификациям JEDEC запись составляет 40 Гбайт/день).
С уменьшением размера ячеек тоже не все так просто – есть физические ограничения. В них уперлась Samsung с накопителями 840 EVO, где используется память с 1x-нм ячейками. Поэтому с новыми SSD 850 PRO Samsung уже перешла на 3D-память.
Концепцию здесь понять легко: ячейки памяти 2D, как можно догадаться по названию, планарные. Если вы хотите увеличить число ячеек, то без увеличения площади кристалла не обойтись. Но здесь имеются свои ограничения, поэтому технология 2D уперлась в предел роста. Спасением стала технология 3D, в которой ячейка памяти представляет собой цилиндр, как показано на следующем рисунке:
Цилиндры можно располагать друг над другом, в результате память «вырастает» в высоту, а площадь основания не меняется. Таким образом можно существенно увеличить плотность хранения памяти. Samsung SSD 850 EVO использует 3D-память с 32 слоями и 3-битными ячейками TLC. Информацию о размере ячеек 3D-памяти Samsung не дает, но обещает, что срок службы 3D-памяти TLC не хуже 2D-памяти MLC. 3D-память обладает большей надежностью, а также дает и другие преимущества, в том числе высокую производительность и низкое энергопотребление. Но технически создание такой памяти – задача непростая, по этой причине многие SSD по-прежнему работают с классической 2D-памятью. Но Samsung сегодня перевела все потребительские SSD на собственную 3D-память.