Страница 3: Технологии памяти и не только
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, то есть плотность ячейки получается разной. Поэтому для хранения одного и того же объема данных требуется больше ячеек SLC, чем TLC или QLC. Что приводит к соответствующему увеличению цены из-за роста себестоимости производства.
Однако и недостатки памяти с ячейками высокой плотности очевидны. Следует помнить, что для фиксации значения ячейки используются электроны (заряд). В случае SLC все просто - заряд либо есть, либо нет, что дает 21 состояний. С ячейками MLC мы получаем уже градации заряда, 22 состояний. Соответственно, с ячейками TLC и QLC число состояний увеличивается до 23 и 24. 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 и чем выше плотность, тем меньше будет срок службы.
Но производители продолжают оптимизировать контроллеры и чипы памяти, поэтому и расчетный срок службы накопителей увеличивается. Например, в случае Kingston DC600M емкостью 7,68 ТБ производитель указывает расчетную нагрузку записи TBW 14.020 Тбайт, что в 1.825 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 при намного более высокой плотности хранения данных. В отличие от планарной флэш-памяти 2D, ячейки памяти формируют трехмерную структуру. Причем 3D NAND теперь используется даже в «бюджетных» накопителях. Концепция проста: ячейки 2D-памяти располагаются на одном уровне.
В случае 3D NAND слои памяти накладываются друг на друга как в «бутерброде». В результате 176 слоев памяти, как в Kingston KC3000, позволяют уместить в 176 раза больше данных, чем в случае SSD на планарной 2D NAND.
Что такое SLC-кэш?
Ключевым компонентом high-end накопителей является система кэширования. Здесь следует различать два уровня: DRAM-кэш и (псевдо) SLC-кэш.
В случае кэша DRAM на SSD устанавливается соответствующий чип оперативной памяти помимо флэш-памяти 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 их хранения 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 Kingston DC600M емкостью 7,68 Тбайт мы получаем значение TBW 14,02 Пбайт. Таким образом производитель гарантирует запись 41.020 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 свидетельства, которые доказывают, что надежность SSD намного выше заявленного производителем уровня TBW.
Для профессиональных SSD, таких как Kingston DC600M SSD, подобный показатель воспринимается само собой разумеющимся, но и потребительские SSD сегодня радуют высокой надежностью. Возьмем для примера сравнительно недорогой Kingston KC3000 емкостью 1 Тбайт и спецификацией TBW 800 Тбайт, что весьма неплохо. Конечно, спецификации TBW не стоит сравнивать 1:1, особенно в потребительских и корпоративных сериях, поскольку здесь используются разные расчеты рабочих нагрузок JEDEC (Client / Enterprise JESD219A), которые максимально близки к сценариям на практике.
Если вы записываете на SSD каждый день 20 Гбайт информации, то накопителя гарантированно хватит на 110 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).