TLC vs. QLC SSD: В чем отличия?

TLC vs. QLC SSD: В чем отличия?

Плату SSD можно условно разделить на 3 основных блока:

1. 3D NAND-память (не путать с NOR Flash). Эта часть используется для хранения данных в энергонезависимых блоках, которые не требуют постоянного питания от электросети.
2. DDR. Небольшое количество энергозависимой памяти, которой нужно питание для сохранения данных. Используется с целью кэширования информации для будущего доступа. Эта опция доступна не на всех накопителях.
3. Контроллер. Выступает в качестве посредника, соединяя 3D NAND-память и компьютер. Контроллер также содержит встроенное программное обеспечение, которое помогает управлять SSD.

NAND-память, в отличие от NOR, построена из множества ячеек, содержащих биты, которые включаются или выключаются за счет электрического заряда. Организация этих отключаемых ячеек представляет данные, хранящиеся на SSD. Количество битов в этих ячейках также определяется разновидностью памяти. Например, в Single Level Cell (SLC) ячейка содержит 1 бит. Накопители NOR обычно используются в сетевых устройствах.

Причина, по которой флешка SLC располагает малым объемом памяти, заключается в ее небольшом физическом размере по сравнению с другими элементами Printed Circuit Board (PCB). Не стоит забывать, что PCB включает контроллер, память DDR и 3D NAND-память, которые нужно как-то разместить внутри системного блока персонального компьютера. Память MLC NAND удваивает количество бит на ячейку, а TLC — утраивает. Это положительно сказывается на объеме памяти. Накопители NOR предоставляют доступ к случайной информации, из-за чего их не используют, как жесткий диск.

Есть определенные причины, по которым производители продолжают выпускать флеш-память с 1 битом на ячейку. Накопители SLC считаются самыми быстрыми и надежными, но они относительно дорогие и обладают ограниченным объемом памяти. Вот почему такое устройство наиболее предпочтительно для компьютеров, которые подвергаются сильным нагрузкам.

Типы памяти в SSD-дисках SLC, MLC, TLC и QLC

Попробуйте, ради интереса, спросить у продавцов-консультантов что скрывается за странными словами SLC, MLC, TLC или QLC в обозначении типов памяти SSD дисков и стоит ли вообще на это обращать внимание при покупке диска? И если стоит, то какой тип лучше? А я вот видел ещё красивые надписи V-NAND и 3D NAND и там вроде тоже что-то говорилось о памяти.

Для начала разберёмся с самим термином «NAND». Так называется вообще вся флешах-память, применяемая не только в твердотельных накопителях, но и флешках. NAND — это сокращение от Not AND (логическое «Не-И»). Если не вдаваться в технические подробности, то можно представить эти элементы как маленькие блоки из которых строится флеш-память и в этом все накопители схожи.

А вот технологии хранения информации в памяти могут существенно различаться. Вполне логичным кажется, что каждая ячейка должна хранить один бит информации и это у нас флеш-память типа SLC (Single-level Cell).

Накопители, построенные на памяти SLC являются самыми живучими (число циклов перезаписи каждой ячейки может достигать 100 000 раз и выше), но выходят слишком дорогим удовольствием и для домашнего применения их приобретение не оправдано.

Технологии MLC (eMLC), TLC или QLC хранят более одного бита в каждой ячейке памяти, что не лучшим образом сказывается на показателях живучести. Так, MLC (Multi-level Cell) хранит 2 бита информации в ячейке, у TLC (Three Level Cell) будет уже 3 бита, а накопители с памятью QLC (Quad-Level Cell), располагают 4-мя битами в одной ячейке памяти. Иногда можно встретить обозначение 3-bit MLC или MLC-3, но стоит понимать, что на самом деле, так обозначили память TLC.

Стоит понимать, что каждый дополнительный бит существенно снижает количество циклов чтения-записи ячейки памяти и скорость работы SSD. Так, для MLC этот показатель уже около 10 000 циклов, у TLC — 3 000, а QLC всего порядка 1 000. Есть ещё eMLC (Enterprise Multi Level Cell), где число циклов перезаписи увеличено до 30 000.

Что такое V-NAND, 3D NAND или QLC 3D NAND

Если с типами памяти всё стало более-менее понятнее, то что за обозначения V-NAND, 3D-NAND или QLC 3D NAND, которые встречаются в описаниях SSD накопителей, особенно известных брендов.

Для удешевления производства и улучшения характеристик производительности и срока службы, ячейки флеш-памяти на чипе стали размещать в несколько слоёв. Эти технологии получили названия V-NAND, 3D NAND или QLC 3D NAND. Остальную память, в чипах которой ячейки размещаются в одном слое называют «плоской» (planar).

Интересно, что Samsung предпочитает указывать именно технологию производства V-NAND, а не тип используемой памяти, создав для этих целей собственные линейки EVO и PRO, где применяется TLC и MLC соотвественно. Кроме того, Samsung заявляет что их чипы памяти, произведённые по технологии V-NAND TLC по всем характеристикам уделывают обычные planar MLC.

Типы флеш-памяти в SSD

В одной ячейке MLC на хранении может находиться два бита данных. В ячейке TLC — три бита. В QLC — четыре бита. Чем больше данных находится на хранении в ячейке, тем дешевле память. Однако при этом у нее меньше скорость, а также количество циклов перезаписи. То есть MLC обходится дороже. Однако надо признать, что он будет служить долго. Он также быстрее по сравнению с TLC и QLC.

ВАЖНО! Для того чтобы флеш-память работала долго, необходимо учитывать поколение чипов. Первые чипы для флеш-памяти MLC и TLC имели один слой. Они были планарными. Для нынешних твердотельных накопителей используют трехмерные, то есть многослойные чипы TLC 3D NAND, MLC 3D NAND и QLC.

MLC 3D NAND среди основных типов памяти SSD выделяется своей быстротой и долговечностью. Но она же и самая дорогая. Ресурс составляет примерно 10 тысяч циклов перезаписи. Она хороша для нагруженных профессиональных систем, в которых возможна перезапись диска полностью в течение суток. Скажем, для серверов.

SLC NAND Flash — флэш-память старого образца. У нее запись и чтение осуществляются с большой скоростью. Она особо долговечная. Ведь это 90-100 тысяч циклов. Ошибок выдает меньше даже в том случае, когда даже температуры относительно высокие. Покупка обходится дорого. Ко всему по сравнению с другими типами флэш-памяти NAND может хранить меньше данных.

ВАЖНО! Память SLC широко используется на веб-серверах, а также в промышленных приложениях.

Покупка TLC 3D NAND обходится дешевле. Средняя скорость, а ресурс перезаписи составляет примерно три тысячи циклов. Используется во многих SSD среднего класса. Подходит для домашних персональных компьютеров.

QLC — это память самая дешевая. Ресурс перезаписи составляет примерно одну тысячу циклов. Она ненадежная, медленная. Ее можно встретить в самых бюджетных SSD. Она сгодится для простых персональных компьютеров в офисах.

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

SSD используют тип памяти, называемый NAND flash. Если вы откроете SSD, то увидите, что большинство чипов: – модули NAND flash. Внутри этих модулей находятся микросхемы меньшего размера, называемые NAND flash-матрицами. И внутри этих матриц есть массив транзисторов, с плавающим затвором, называемых ячейками. Эти транзисторы с «плавающим затвором» хранят электрический заряд, который представляет собой данные. SLC (одноуровневая ячейка) NAND flash довольно простая: каждая ячейка может хранить один бит информации: транзистор с плавающим затвором может принимать два уровня напряжения.
Но рынок требует всё более дешёвой памяти и опираясь только на производственные улучшения, не сработает. Поэтому была изобретена многоуровневая ячейка (MLC). Хотя MLC технически относится к любому типу флэш-ячейки NAND, которая может хранить более одного бита, обычно она используется для обращения к ячейкам, которые хранят 2 бита данных. Эта ячейка использует 4 уровня напряжения для представления данных. С 2 битами на ячейку, цена на бит почти наполовину уменьшается, а плотность удваивается. Но есть и компромисс: с несколькими уровнями напряжения запись и чтение ячейки занимает больше времени и требует большего напряжения. И скорость и выносливость из-за этого получают удар. При исследовании характеристик твёрдотельного накопителя (SSD), вполне вероятно, что вы столкнётесь с одним из этих сокращений: SLC, MLC, TLC или QLC. Но что они значат? И чем они отличаются? Почему важно знать каждый из них, прежде чем выбрать SSD? Эта аббревиатура напрямую связана с объемом памяти микросхем флэш-памяти NAND, составляющих твердотельные накопители. Ниже я объясню значение каждой из них.

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.

Privacy Policy

Dear users, we welcome you to this publicly exhibited Team Group Inc.'s official website (hereinafter referred to as this website), in order to allow you to safely use this website's various services and information, this website will do our utmost to respect and protect the user's privacy. In order to help you understand how this website collects, applies and protect your personal information, we will explain this website's privacy policy to you to protect your rights; please carefully read the following contents：

1. Applicable range
   • Privacy policy contents, including how this website uses the personal identification information collected while you're using this website's services.
   • This privacy policy does not apply to related connected websites other than this website and does not apply to personnel not commissioned by this website or not in the management staff.
2. Personal information collection principles

This website's personal information collection of users complies with the specifications listed in Taiwan's “Personal Information Protection Act”; without the user's permission, we will not use the computer to collect the user's personal information. We will use the following channels to collect the user's personal information：

• Customer service center: When you use e-mail to express opinions or ask questions to the contact unit listed on our customer service center related web pages, we need you to provide a correct e-mail address or contact information as a basis for us to reply to you.
• Preferential offers download activities: When you participate in this website’s preferential offer download activities, under your approval, we will ask you to provide your basic information for statistical analysis.

This website’s user personal information will be used for our company’s internal business purposes, including customer service and responding to requests…etc. This website might use this information to notify you of the newest information, services, and activities that you might be interested in. Without the user’s permission, this website will not use the information for other purposes.

This company will completely save your personal information in our information storage system and use tight protection measures to prevent unauthorized personnel from getting in contact with it. This company’s personnel have gone through complete information privacy education, and fully understand that keeping user information confidential is our basic responsibility; any breach of confidentiality will be punished by related laws and the company’s internal regulations.
To protect the integrity and safety of your personal information, the information management system that stores your personal information has received proper maintenance, and complies with related competent authority’s rigorous demands to guarantee that your personal information will not be improperly obtained or destroyed.
If for business needs we need to outsource to a third party to provide the service, this company will also rigorously demand them to comply with the confidentiality obligations, and take the necessary checking procedures to make sure that they are followed.

In order to provide personalized services, this website only uses cookies to help smoother operation of this website, and will not trace or save any actions you’ve performed outside of this website; please pay special attention that when you connect to other websites from this website, other websites might have different cookies policies and regulations, this website cannot control and is not responsible for these policies or regulations. When you visit other websites, you should also note their policy and regulations.
Because the transfer of internet information cannot be guaranteed 100% safe, even if this website tries hard to protect the safety of the user's information, under certain circumstances we will use the accepted standard SSL security system to guarantee the security of data transfer, but because the data transfer process also matters with your level of security for your online environment, we cannot confirm the guarantee the safety when the user sends or receives information to this website; the users must bear the risk of internet information transfer.

This website will modify this policy irregularly to comply with the newest privacy protection specifications. When we need to make drastic changes to the regulation on using personal information, we will post a notice on our website to notify you of related items.

If you have any problems concerning our information privacy policy or the collecting, applying and updating of personal information, we welcome you to contact us.

Типы SSD M2

Накопитель M.2 существует в четырех подтипах: 2230, 2242, 2260, 2280 (наиболее популярный), 22110. Первые две цифры указывают на ширину платы, вторые две цифры на длину.

Теперь, когда вы знаете есть ли вообще слот на материнской плате и какую длину M.2 накопителя поддерживает ваша плата, переходим к типу слота.

Есть 2 типа шины на которых работает M2, это SATA шина или PCIe шина, а также есть тип слота с ключами «M» и «B».

Как правило M2 накопитель, работающий на SATA шине, поддерживает 2 ключа «M» + «B». Накопитель SSD M2 NVMe работающий на шине PCIe и AHCI будет с одним «M» ключом.

Из примера по картинке видно, что плату M2 SATA SSD с ключом M+B можно установить в большинство слотов, в то время как M2 NVMe SSD с ключом «M», установить в слот «B» физически невозможно, поэтому обращайте внимание какой именно слот установлен на вашей материнской плате компьютера. Если вам нужна более детальная информация о интерфейсе и ключах, можно посмотреть на wiki.

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.