Tlc что это значит

TLC vs. QLC SSD: В чем отличия?

Корпоративные и потребительские SSD – две базовые категории твердотельных накопителей, охватывающие широкий спектр профилей производительности. Из-за различий в том, как производители тестируют и оценивают свои продукты, не всегда легко сделать выбор на основе рекламируемых показателей. В сегодняшнем посте мы рассмотрим, как типы NAND влияют на производительность и почему это может иметь существенное значение для вашего следующего решения о покупке.

Типы флеш-памяти NAND

С тех пор, как на рынке появились твердотельные накопители SSD, их емкость становилась все больше и больше. Текущие отраслевые тенденции заключаются в снижении затрат при одновременном увеличении емкости хранения. Это привело к разработке более плотных ячеек памяти, постепенно приближающихся (пока еще не достигнув) по стоимости к традиционным жестким дискам.

Стремление к более дешевым и емким накопителям привело к сокращению твердотельных накопителей на основе SLC и MLC. TLC в настоящее время является мейнстримом и занимает самую большую долю рынка. QLC все еще относительно новая, но мы ожидаем, что ее низкая стоимость привлечет все больше покупателей, особенно с учетом того, что она часто используется в качестве замены жесткого диска.

Ячейки памяти NAND имеют только конечное число циклов стирания программ (P/E) (циклов записи), прежде чем они изнашиваются. Подробное описание выходит за рамки этого поста, поэтому просто отметим, что ячейки с более высокой плотностью обладают меньшей долговечностью, чем ячейки с низкой плотностью, например, MLC обычно работают дольше, чем TLC.

Хотя в целом понятно, что MLC будет быстрее, чем TLC, а TLC будет быстрее, чем QLC, новые твердотельные накопители содержат несколько методов оптимизации, которые помогают скрыть или свести на нет недостатки более медленной NAND. Отличным примером этого является “SLC-кэширование”, где неиспользуемые области диска будут действовать как псевдо-SLC NAND. Это обеспечивает очень хорошую производительность при более коротких рабочих нагрузках пакетного типа, как это часто бывает для большинства ПК и клиентских вычислительных сред.

Для этого есть диск

В отличие от сформировавшегося рынка жестких дисков, при покупке SSD вы найдете достаточно марок и моделей, чтобы вызвать у вас беспокойство, связанное с выбором устройства. Хотя потребительские накопители TLC и даже QLC при первом рассмотрении часто демонстрируют впечатляющие показатели, при рассмотрении в практических ситуациях выявляются истинные характеристики производительности этих накопителей.

Дата центр Интенсивное чтение/Начальный уровень

Потребитель
Самая низкая стоимость

Максимальная производительность

Мы используем CrystalDiskMark, популярную утилиту для измерения производительности накопителя. Более высокие глубины очередей (Q) и потоков (T) обычно приводят к повышению производительности, но большинство рабочих нагрузок потребителей связаны только с низкими глубинами очередей. ИТ-инфраструктура, включающая виртуальные машины и хранилище БД, обычно будет иметь более высокую глубину очередей и потоков.

Для тестирования передачи файлов мы будем использовать AJA System Test, инструмент, предназначенный в первую очередь для создателей контента, чтобы убедиться, что их системы хранения могут поддерживать прием потоков с высоким разрешением. Мы настроили его для записи в систему файла размером 64 ГБ, а затем чтения его обратно. Это по-прежнему небольшая рабочая нагрузка, но она будет характерна для пользователей, перемещающих большой файл.

Как и ожидалось, в коротких тестах серийного типа все группы дисков показали очень хорошие результаты. Основываясь на приведенных здесь показателях производительности, вы будете правы, если придете к выводу, что не увидите различий для их использования в реальном мире. Достаточные размеры SLC-кэша означают, что даже еще более медленные диски QLC отлично работают.

Производительность при 65% емкости

Предыдущие тесты проводились при пустых дисках. Это дало дискам с динамическим SLC-кешированием много места для работы. Мы заполнили каждый диск до 65%, дали им несколько минут для отдыха, а затем продолжили использовать AJA System Test для создания той же рабочей нагрузки записи и чтения объемом 64 ГБ.

По сравнению с полностью пустыми, теперь наши корпоративные диски работают в пределах погрешности. Потребительские диски TLC немного упали в производительности чтения, при этом сохраняя хорошую скорость записи, что не заметно при обычном повседневном использовании. Само собой разумеется, что регрессия производительности группы QLC здесь существенна.

Тест на заполненном диске

Мы использовали тест заполнения всего диска, чтобы получить стабильную производительность накопителей. Этот тест также показывает рабочие нагрузки дисков при использовании в качестве кэша SSD на загруженном NAS, поскольку они постоянно заполняются данными, к которым недавно осуществлялся доступ. Этот тест исчерпает все механизмы кэширования SLC на диске, так как не дает ему времени на восстановление.

Несмотря на то, что корпоративные накопители, которые мы использовали сегодня, в основном являются моделями начального уровня и рассчитаны на рабочие нагрузки с интенсивным чтением, они по-прежнему способны обеспечивать стабильную устойчивую производительность. Модели более высокого класса (более дорогие) обычно поддерживают более высокие скорости записи и рейтинги DWPD.

Подводя итоги

Всегда важно тщательно проверять заявленные показатели производительности SSD. Методы и условия тестирования у разных производителей различаются, для потребительских накопителей часто используются только периодические нагрузки. Несмотря на это, потребительские SDD по-прежнему являются экономически эффективными и позволяют значительно ускорить работу вашего ПК или NAS по сравнению с жесткими дисками. Однако обратите внимание, что как только вы начнете применять к ним более тяжелые и продолжительные рабочие нагрузки, их производительность снизится, иногда значительно.

Теперь вы можете понять, почему мы всегда выступали за использование в NAS дисков только корпоративного уровня. Помимо повышения надежности, стабильность производительности чрезвычайно важна, особенно когда вы предоставляете хранилище виртуальным машинам и другой критически важной инфраструктуре. Ведь переменная производительность в зависимости от рабочей нагрузки в таком случае неприемлема.

Источник

MLC или TLC? Что это такое. Что из этого выбрать

В прошлый раз мы разобрались с тем, что же такое SSD диск, какие форм-факторы бывают, а теперь давайте заглянем внутрь и посмотрим, из каких частей он состоит, что влияет на емкость диска, его скоростные показатели, долговечность. Ведь от этого, в конечном итоге, зависит цена, которая активно участвует в принятии решения, какой SSD-диск купить, для каких целей использовать, придется ли идти на какие-то компромиссы, выяснять, что лучше – MLC или TLC? Или потратиться и найти SLC?

Составные части SSD-диска

Что это за «TLC» да «MLC»? Что это вообще такое? Вот сейчас и будем разбираться, ибо именно от этой аббревиатуры следует отталкиваться при выборе накопителя. Только, раз уж решили заглянуть во внутренности, кратко опишем, из чего же состоит SSD-диск:

Все эти части важны и выполняют свою роль для достижения надежности хранения и достижения максимальной производительности накопителя. О первых двух поговорим как-нибудь в следующий раз, а сегодня остановимся на типах NAND-памяти, применяемой в современных SSD-дисках.

Типы используемой памяти

Не будем сильно вдаваться в технические подробности того, каким образом хранится информация в микросхемах памяти и почему она не пропадает при отключении диска. Скажем только, вся информация хранится в ячейках памяти, в роли которых выступают транзисторы с плавающим затвором. Именно уровень заряда, хранящегося на этом затворе, и определяет значение бита (или нескольких) информации.

Причем один транзистор используется для хранения не только одного бита, но и двух или трех. Обусловлено это стремлением увеличить емкость NAND-памяти и снизить ее стоимость в пересчете на единицу хранимых данных. За все время развития SSD разработано несколько типов памяти.

Первые появившиеся твердотельные накопители использовали именно такой типа памяти, расшифровываемый как Single-Level Cell (одноуровневая ячейка). В каждой ячейке хранился только один бит данных. Существует пороговое значение напряжения, определяющее, что хранится в ячейке. Если считываемое напряжение выше порогового, то там хранится логическая «1», если ниже – то логический «0».

Всем хороша эта технология: и скорость записи/чтения высокая, и ячейки памяти долговечные, допускающие многократную перезапись. Количество операций программирования (записи) или удаления данных называется P/E-циклы (program/erase cycles). Для SLC-памяти количество этих циклов составляет порядка 100000, что наделяет SSD-накопители с такими микросхемами NAND-памяти завидной живучестью.

К сожалению, диски этого класса дороги, да и большими емкостями похвастать не могут. Потому и нашли свое применение в основном в качестве накопителей в серверах, в датацентрах и т. п.

Увеличить емкость микросхем памяти удалось, разработав технологию Multi-Level Cell (многоуровневая ячейка). В данном случае цель состояла в том, что хранить в одной ячейке не один, а два бита информации. Для этого пришлось ввести 4 пороговых напряжения, каждое значение которых соответствовало определенной комбинации битов.

Удалось снизить стоимость накопителей, увеличив при этом плотность записи. Это были плюсы, но появились и минусы. Несколько пороговых уровней напряжения, используемых для кодирования информации, стали чувствительными к качеству микросхем, к деградации их свойств. Количество P/E-циклов сократилось до, примерно, 10000. Есть разновидность E-MLC, используемая для накопителей, ориентированных для серверного использования. У них параметр P/E составляет примерно 30000.

При этом увеличилось время чтения из ячейки, записи в нее и стирания. Зато это позволило сократить себестоимость и, соответственно, снизить конечную стоимость таких дисков, способствовав их широкому распространению.

Разработка новых способов уплотнения информации, хранящейся в ячейке памяти, а заодно и стремление еще больше снизить стоимость SSD-дисков, привели к появлению технологии Triple-Level Cell (трехуровневая ячейка), позволяющей в одной ячейке хранить уже 3 бита. Плотность возросла, но возросли и затраты времени на запись, стирание и чтение. Одновременно параметр P/E еще больше уменьшился, и стал составлять 1000-3000.

Это обусловлено тем, что пришлось вводить уже 8 пороговых уровней напряжений, значения которых указывают, какая комбинация битов хранится в ячейке. Надежность хранения данных стала сильнее зависеть от качества микросхем, скорости ухудшения их свойств, изменению уровня напряжения в затворе вследствие физических процессов в кристаллической решетке, к тому же, для верного считывания информации из ячеек, пришлось с очень большой точностью определять уровень напряжения в транзисторе.

Все это отрицательно сказалось на долговечности, скорости обмена данными, зато позволило существенно удешевить конечную продукцию. Такая память стала применяться в бюджетных моделях SSD-дисков.

Тем не менее, слухи о ненадежности SSD-дисков с такой памятью существенно преувеличены. Среди характеристик моделей SSD-дисков можно найти такой параметр, как TBW (Total Bytes Written, т. е. гарантированное количество данных, которые можно записать на диск), обычно измеряемый в ТБ (терабайтах). Например, тестируемый мной на момент написания статьи диск Plextor S2C PX-128s2c объемом 128 ГБ имеет значение TBW, равное 75 ТБ. На данный момент без каких-либо ошибок на диск записано уже более 235 ТБ, и никаких признаков неполадок нет.

Как бы ни критиковали, как бы пренебрежительно ни относились к TLC памяти, а развивается она активно, многие производители выпускают модели на этом виде NAND-памяти. Судя по всему, именно за этой технологией будущее, по крайней мере, это касается устройств для массового рынка.

Правда, не совсем в своем изначальном варианте. Идущая на смену технология 3D TLC NAND, основываясь на применении трехбитных ячеек, предлагает весьма интересный вариант с исправлением многих недостатков, но все это достойно того, чтобы посвятить 3D-NAND отдельный материал.

Заключение. Что предпочесть, MLC или TLC

Главные аргументы против SSD-дисков на TLC памяти – это невысокая скорость выполнения операций чтения/записи и недолговечность. Давайте уточним, насколько это верно.

Если сравнивать скорость с таковой у аналогов на MLC, а уж тем более на SLC – то да, она ниже. Недаром TLC-диски – это бюджетный класс, правда, лучшие представители близко подбираются к моделям на MLC-чипах. С другой стороны, даже недорогие варианты SSD в разы быстрее обычных жестких дисков, и даже после того, как вы начнете пользоваться твердотельными накопителями, возвращаться обратно на обычный винчестер вам не захочется. Это касается, в первую очередь, системного диска, использование его для загрузки «тяжелых» программ или игр.

Что касается надежности… Да, может показаться, что 75 ТБ, или 150 ТБ немного. А так ли это? Я пишу этот текст на ноутбуке, в котором вот уже более полугода в качестве системного диска трудится Plextor PX-256M6MV форм-фактора mSATA. За все время я записал на него чуть больше 1.6 ТБ, при том, что компьютер используется каждый день. Как скоро я исчерпаю гарантированные 150 ТБ, и почему при этом он обязательно должен будет отказать?

Конечно, использовать такие диски в датацентре или рабочем сервере, может, и неважная идея, но вот для домашнего или офисного использования, особенно если не гонитесь за рекордами скорости – это более чем достойный вариант, при том, что и стоимость диска вполне приемлемая. Другое дело – долговечность хранения информации. Использование диска для того, чтобы записать на него что-то важное и положить его на полочку может стать причиной разочарования, если спустя полгода-год-два окажется, что данные повреждены или отсутствуют. Диск вдруг стал пустым, хотя на нем было что-то записано. В этом отношении традиционные винчестеры надежнее.

Связка SSD в качестве системного диска и традиционный «хард» для всякой всячины – оптимальная, на сегодняшний день, связка, сочетание скорости загрузки всего нужного и емкости для всего остального, нужного, но не требовательного к быстроте загрузки.

Источник

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.

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:

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:

Источник