Jak pamięci QLC i TLC doładowują dyski SSD

Istnieje wiele różnych terminów, z którymi można się spotkać, chcąc dodać nowy dysk do komputera PC lub laptopa. Niezależnie od tego, czy chodzi o dodatkową pamięć masową do tego, co już masz, czy też o zastąpienie głównego dysku systemu operacyjnego komputera. Skupiamy się tutaj na dyskach SSD, ponieważ jest to najnowsza technologia i poza kilkoma niszami, wirujące talerzowe dyski twarde nie są szczególnie istotne dla nowoczesnych komputerów.

W tym artykule omówimy różne typy układów pamięci flash NAND, które można znaleźć w sercu dysków SSD, obejmując technologie, które pojawiły się na przestrzeni lat, ale także skupiając się na tych, które są nadal aktualne.

Warto zacząć od stwierdzenia, że SSD to skrót od Solid State Drive i jak sama nazwa wskazuje, ta technologia pamięci masowej oparta jest na nieulotnej pamięci flash. Ta forma pamięci masowej jest znacznie szybsza niż dyski twarde (HDD), zapewniając dostęp i przepustowość na zupełnie innym poziomie niż dyski HDD. Przykładowo, dyski HDD osiągają prędkość 100-200 MB/s, podczas gdy najnowsze dyski SSD PCIe 5.0 mogą osiągać ponad 10 000 MB/s. Dyski SSD są po prostu szybsze niż ich odpowiedniki HDD.

Aby zrozumieć, jak działają dyski SSD, należy sięgnąć do ich podstawowych elementów konstrukcyjnych: komórek pamięci flash NAND, które przechowują informacje, które chcemy zachować. Technologia SSD szybko ewoluowała od przechowywania jednego bitu na komórkę (jak w przypadku SLC), do dwóch bitów na komórkę (MLC), następnie do trzech bitów na komórkę (TLC), a ostatnio do czterech bitów na komórkę (QLC), a wszystko to w ciągu kilku lat.

Dlaczego przejście nastąpiło tak szybko? Trzy powody:

• Technologia SSD bardzo szybko się rozwinęła
• Przemysłowa produkcja lamp błyskowych szybko przestawiła się na najnowszą technologię
• Korzyści kosztowe związane z nowszymi technologiami oznaczały więcej gigabajtów w przeliczeniu na dolara

Przejście z SLC na MLC podwaja gęstość komórek. Przejście na TLC dało dodatkowe 50% gęstości, a ostatni skok na QLC zapewnił dodatkowe 33% gęstości. Dla przykładu: zwykły dysk SSD M.2 (wykorzystujący format M.2 2280), który mógł być ograniczony do zaledwie 128 GB pojemności przy użyciu technologii SLC (typowa pojemność w momencie premiery dysków SSD), może być teraz zastąpiony dyskiem o tym samym rozmiarze fizycznym, ale oferującym do 8 TB pamięci masowej przy użyciu technologii QLC flash.

Ten ogromny wzrost pojemności nie jest również niebotycznie drogi, ponieważ każde ulepszenie technologii bazowej równa się zmniejszeniu kosztu NAND na GB. Przechowywanie większej ilości danych w każdej komórce ma wpływ na wytrzymałość i opóźnienia, ale ogólnie jest to pozytywny wynik netto.

Zapis wielu bitów w pojedynczej komórce zajmuje więcej czasu, co oznacza, że dyski SSD SLC są najszybszą dostępną opcją, ale są z tego powodu znacznie droższe. Z wielu powodów. Nie są one również potrzebne do normalnego grania na PC, a nawet do zastosowań na stacjach roboczych. Obecnie dyski SSD SLC można spotkać tylko w niektórych serwerach.

Najnowszą technologią, która trafiła na rynek, jest rozwój 3D NAND, który pozwala producentom na układanie warstw komórek jedna na drugiej. Pomaga to nie tylko w zagęszczeniu dysków SSD, ale także w zwiększeniu wydajności i energooszczędności. Pamięć 3D NAND szybko stała się standardem i trudno byłoby znaleźć nowoczesny dysk zbudowany przy jej użyciu.

Wraz z rozwojem systemów operacyjnych, gier i innych aplikacji, nie powinno dziwić, że CORSAIR wykorzystuje 3D NAND do oferowania większych opcji pamięci masowej we wszystkich swoich dyskach SSD M.2. Do 8 TB jest dostępnych w formacie M.2 2280, podczas gdy małe dyski SSD, takie jak M.2 2230 MP600 MINI, są dostępne w znaczących pojemnościach.

Zanurzmy się w szczegóły czterech różnych rodzajów żetonów:

• Plusy: Najwyższa wytrzymałość, najwyższa wydajność
• Wady: Bardzo wysoka cena i niska wydajność

Jednopoziomowa pamięć NAND (SLC) przechowuje tylko 1 bit informacji na komórkę. Jest ona zwykle używana w serwerach i innych zastosowaniach przemysłowych, które wymagają wytrzymałości ponad wszystko inne. Dyski te kosztują około 30 razy więcej niż QLC NAND, a w przypadku popularnego formatu M.2 są ograniczone do zaledwie 128 GB.

• Pro: Tańsze niż SLC
• Wada: Wolniejszy i oferuje mniejszą wytrzymałość niż SLC

Wielopoziomowe komórki (MLC) NAND przechowują wiele bitów na komórkę. W praktyce oznacza to 2 bity na komórkę.

Pamięci MLC są zwykle stosowane w produktach przemysłowych, w których wytrzymałość nie jest tak ważna, jak w przypadku SLC NAND, a także w dyskach klientów, w których wymagana jest lepsza wytrzymałość niż ta dostępna w opcjach TLC/QLC.

CORSAIR wprowadził na rynek swój pierwszy dysk SSD MLC w 2009 roku. CORSAIR MP500 jest nadal dostępny w sprzedaży i nadal wykorzystuje pamięć MLC NAND flash. Nowsze oferty odeszły jednak od tej technologii, ponieważ dyski TLC i QLC są po prostu lepsze dla większości użytkowników.

• Pro: Najtańsze i wysoka wydajność
• Wada: Niska wytrzymałość

Potrójna komórka (TLC) NAND może przechowywać 3 bity na komórkę, podczas gdy poczwórna komórka (QLC) NAND może przechowywać 4 bity na komórkę. Większość konsumenckich dysków SSD dostępnych obecnie na rynku wykorzystuje pamięci TLC lub QLC NAND Flash.

CORSAIR wykorzystuje pamięć TLC NAND w swoich najszybszych dostępnych obecnie dyskach SSD. Dyski takie jak PCIe 5.0 MP700 i PCIe 4.0 MP600 PRO LPX wykorzystują pamięć TLC NAND. Dyski te są przeznaczone do wysokowydajnych systemów i są przeznaczone do przechowywania głównego systemu operacyjnego i najczęściej używanych aplikacji.

W naszej ofercie znajduje się również kilka dysków QLC, które zostały zaprojektowane z myślą o dużych pojemnościach pamięci masowej lub tam, gdzie najważniejszy jest stosunek jakości do ceny. Seria MP600 Core XT oferuje najlepszy koszt w przeliczeniu na gigabajt ze wszystkich naszych ofert i jest doskonałym rozwiązaniem dla każdego, kto ma napięty budżet.