Различия между типами памяти SLC, MLC, TLC и 3D NAND в USB-накопителях, твердотельных накопителях и картах памяти
Что такое NAND?
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.
QLC, TLC, MLC и SLC
#Тип_чипов #3D_MLC_(Multi_Level_Cell) MLC_(Multi_Level_Cell) #3D_TLC_(Triple_Level_Cell) #TLC_(Triple_Level_Cell) #QLC
В современных SSD наиболее распространены четыре типа чипов памяти NAND: QLC, TLC, MLC и SLC.
TLC (Triple-Level Cell) – ячейка памяти, способная хранить 3 бита информации. Обладает большей плотностью, но меньшей выносливостью по сравнению с SLC и MLC. TLC также отстает от SLC и MLC по скорости чтения и записи и ресурсу в циклах Program/Erase. До настоящего момента память типа TLC NAND использовалась в основном в flash-накопителях (флешках), однако совершенствование технологий производства сделало возможным использование памяти TLC и в стандартных SSD.
Описанные выше ячейки памяти относятся к планарному, то есть 2D-типу. Их недостатком является необходимость перехода к более тонким техпроцессам для увеличения плотности записи данных в каждом отдельном чипе. Из-за ряда физических ограничений делать это до бесконечности не получится. Поэтому были разработаны 3D-ячейки памяти. Такая ячейка представляет собой цилиндр:
Таким образом, появляется возможность разместить несколько ячеек памяти на одном слое микросхемы. Такие ячейки называются 3D V-NAND, 3D TLC и 3D QLC. Емкость и надежность 3D-памяти сравнимы с емкостью и надежностью памяти TLC.
SLC (Single-Level Cells) – ячейка, способная хранить 1 бит информации. Память SLC имеет высокую производительность, низкое энергопотребление, наибольшую скорость записи и количество циклов Program/Erase. Память типа SLC обычно используется в серверах высокого уровня, поскольку стоимость SSD на основе SLC велика.
3D NAND
Количество состояний ячейки в зависимости от типа памяти
Физически все четыре типа ячеек NAND-памяти состоят из одинаковых транзисторов. Единственным отличием является количество хранимого ячейкой памяти заряда. Все четыре типа ячеек работают одинаково: при появлении напряжения ячейка переходит из состояния «выключено» в состояние «включено». SLC использует два отдельных значения напряжения для представления одного бита информации на ячейку и двух логических уровней (0 и 1). MLC использует четыре отдельных значения напряжения для представления четырех логических состояний (00, 01, 10, 11) или двух битов. TLC использует восемь отдельных значений напряжения для представления восьми логических состояний (000, 001, 010, 011, 100, 101, 110, 111) или трех битов информации. QLC использует шестнадцать отдельных значений напряжения для представления шестнадцати логических состояний (от 0000 до 1111).
Поскольку в SLC используется только два значения напряжения, эти значения могут сильно отличаться друг от друга, уменьшая потенциальную возможность некорректно интерпретировать текущее состояние ячейки и позволяя использовать стандартные условия коррекции ошибки NAND. Вероятность ошибок чтения увеличивается при использовании TLC и QLC NAND, поэтому данные типы памяти требуют большего объема ECC (Error Correction Code – код коррекции ошибок) при исчерпании ресурса NAND, поскольку в TLC и QLC приходится корректировать сразу три или четыре бита информации соответственно.
MLC или TLC что лучше?
Постараемся ответить на вопрос: что выбрать MLC или TLC, далее в статье. Многие пользователи, которые имели опыт работы с твердотельным накопителем (SSD), говорят о нем в положительном ключе. Это не удивительно ведь он имеет несколько явных преимуществ над обычным жестким диском. Благодаря SSD любая игра или приложение загружаются и работают в разы, а то и в десятки раз быстрее, а скорость и эффективность компьютера значительно возрастают. Также немаловажным моментом является износостойкость твердотельных накопителей. Но при выборе такого диска на компьютерном рынке можно столкнуться с разницей в цене из-за типа памяти.
Типы памяти SSD-дисков
Сравнения и отличия типов памяти MLC или TLC
Диски с TLC памятью отлично подходят для хранения информации, если не будут часто перезаписываться. SSD с MLC памятью отлично подойдут для стандартной работы, на него можно установить программы, которыми вы часто пользуетесь. Игры, которые требуют от компьютера большую скорость передачи данных, а также операционную систему, которую в критических ситуациях нужно быстро запустить (скорость загрузки ОС Windows из SSD может составлять до 3 секунд).
Есть и некоторые недостатки MLC – цена на них немного выше по сравнению с TLC. Также стоит сказать о еще одном типе памяти, это тип SLC. Но в виду его дороговизны диск не претендует на роль действительно популярного. Если вы имеете резервные сбережения около 15 тысяч рублей и готовы потратить их на диск, то однозначно вы останетесь довольны его работой. Эти чипы имеют значительно высокую производительность, низкую энергозатратность, а также наибольшую скорость записи и других функций. Этот тип памяти популярен при использовании в высокоуровневых серверах.
Подробнее о технологии NAND-памяти
Все три типа памяти относятся к одной технологии NAND. Отличие же состоит в том, что каждый из них имеет разное количество зарядов. Принцип работы у всех типов одинаковый, когда возникает напряжение, ячейка меняет свое состояние из «Выключено» на состояние «Включено». В типе TLC задействовано восемь значений напряжения для представления восьми состояний логических значений (111, 110, 101, 100, 011, 010, 001, 000) или информации, состоящей из 3 битов. SLC тип использует 2 состояния для представления двух логических значений (0 и 1). Для типа MLC выделено 4 значения, чтобы представить логические состояния (11, 10, 01, 00).
SLC используется лишь 2 значения напряжения, они могут выражать больше точных значений, при этом уменьшая возможность неправильной интерпретации состояния текущей ячейки и позволяет применять стандартные методы коррекции ошибок NAND. При использовании TLC вероятность ошибок при чтении увеличивается, поэтому этот тип памяти требует большего пространства ECC (код коррекции ошибок), потому как в TLC нужно сразу 3 бита корректировать, вместо 2 в MLC и 1 в SLC.
Эти типы памяти можно встретить при выборе дисков. Если вы их встретили на рынке, знайте, что это значит размещение ячеек флеш-памяти на чипах в несколько слоев (в обычных MLC или TLC они расположены в один слой). TLC с пометкой 3D NAND на сегодняшний день эффективнее и надежнее, чем его «плоский аналог». Например, компания Samsung заявила о том, что их продукт с V-NAND памятью обладают более высокими характеристиками производительности, чем planar MLC.
Какой же тип памяти выбрать для своего компьютера?
Если говорить о использовании диска в повседневных задачах, то можно вариант с SLC исключить вовсе. Причина проста – ее высокая цена. Неплохим вариантом будет выбор TLC NAND типа памяти для вашего SSD, ее цена и общая эффективность вполне приемлема для рядового пользователя. Этот выбор для тех, кто не гонится за максимальной скоростью в работе компьютера и для кого не так уж и важен результат ускорения компьютера на 5 %. Да, они чуть медленнее, чем MLC, но все же они работают в несколько раз быстрее обычных жестких дисков, а цена может быть значительно ниже, чем у сородича. MLC память более «продвинута» и подойдет для любителей последних «игрушек», которым необходима максимальная скорость обмена информацией и большего комфорта в работе с компьютером, а также для тех, кто собирается долгое время хранить важные данные.
Для более ясного представления о типах SSD, что лучше купить MLC или TLC, посмотрите видео по теме:
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.
| Модель SSD | TWB, ТБ | Емкость, ГБ | DWPD | Тип памяти | Цена, руб | |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 3 года | 5 лет | |||||
| Smartbuy Ignition Plus | 262 | 240 | 1 | — | MLC | 4350 |
| A-Data SU900 | 200 | 256 | 0,71 | 0,43 | MLC | 3600 |
| Samsung PM883 | 341 | 240 | 1,3 | — | TLC | 6400 |
| Samsung 860 EVO | 150 | 250 | 0,55 | 0,33 | TLC | 3500 |
| Kingston UV500 | 100 | 240 | 0,38 | 0,23 | TLC | 2900 |
| SmartBuy Revival 3 | 180 | 240 | 0,68 | — | TLC | 2200 |
| Crucial BX500 | 80 | 240 | 0,3 | — | TLC | 2100 |
| A-Data SU630 | 50 | 240 | 0,19 | — | QLC | 2100 |
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:
| Тип системы | Особенности | Объем записи |
|---|---|---|
| Компьютер класса SOHO | Универсальная система для дома и офиса. Windows 10, браузер, офис, клиенсткая часть 1С, простые игры. | 35 ГБ |
| Кассовый терминал | Работа в 1С:Розница в режиме РМК, около 200 чеков в день. Windows 10 LTSB | 7-10 ГБ |
| Сервер 1С:Предприятие 8.3 | Конфигурации 1С:Бухгалтерия 3.0, 1С:Розница, 5-10 пользователей. Windows Server 2019 | 98 ГБ |
| Мини-Сервер 1С для ЕГАИС | Отдел ЕГАИС сети пивных магазинов. 1С:Розница, Мини-Сервер 1С, 2 пользователя, около 300 документов ЕГАИС в день. Windows 10. Совмещен с офисным ПК. | 260 ГБ |
| Терминальный сервер 1С:Предприятие 7.7 | Отраслевая (самописная) конфигурация на базе 1С:Торговля и Склад 9.2, 20 пользователей, Windows Server 2012 R2 | 125 ГБ |
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: 
