Выбирать комплектующие для компьютеров всегда сложно. Если раньше, когда технологии только развивались, трудность заключалась в недостаточном количестве информации, то сейчас в ее обилии трудно уследить за всеми новинками. В этой статье мы поговорим о SSD накопителях и технологиях, которые в них используются.
Что такое твердотельный накопитель?
Накопители, использующие энергонезависимую память, относительно новое изобретение, которое появилось только во второй половине 90-х годов. В отличие от жестких дисков, которые хранили информацию на магнитных пластинах, и считывали ее с помощью считывающей головки, на SSD информация хранится в массиве ячеек памяти, состоящем из транзисторов с плавающим затвором, здесь используется такая же технология, как и во flash накопителях. Благодаря отсутствию движущихся частей, скорость работы SSD накопителей выше, а работают они тише, меньший вес, потребление энергии примерно на 80% ниже, отсутствие нужды в дефрагментации. Все это хорошо, но к огромному минусу можно отнести невозможность восстановления удаленной информации.
Флеш-память для SSD определяется плотностью записываемых данных и количеством уровней сигнала, поддерживаемых одной ячейкой. Она представляет ячейки памяти на основе полупроводников, организованные специальным образом. Все потребительские SSD, находящиеся в продаже имеют тип памяти NAND. По типу хранения они разделяются на четыре группы:
- Первый тип флеш-памяти, который был применен в твердотельных накопителях, SLC (Single Level Cell – одноуровневая ячейка). Он поддерживает всего лишь один уровень сигнала, поэтому может записывать только 1 бит информации, который является 0 или 1, в зависимости от положения транзистора.
- MLC (Multi Level Cell – многоуровневая ячейка) – улучшенная версия SLC. В этой версии может записываться несколько уровней сигнала, из-за чего количество информации, который можно записать в одну ячейку равняется 2 битам. Это увеличивает плотность записи и снижает цену на гигабайт емкости в 2 раза.
- TLC (Triple Level Cell – трехуровневая ячейка) – улучшенная версия MLC. За счет тонкого управления уровнем заряда ячейки, и повышением чувствительности считывания, в одном элементе флеш-памяти может храниться 3 бита информации.
- QLC (Quad Level Cell – четырехуровневая ячейка) – На 2019 год является самым новым видом памяти. Одна ячейка способна хранить 4 бита данных одновременно. Цена на эту флеш-память ниже чем у предыдущих.
Повышая емкость ячейки флеш-памяти, компании снижают стоимость SSD накопителей, но это также снижает ресурс диска, влияя на количество циклов перезаписи. Чем больше емкость, тем меньше раз можно будет перезаписывать данные, и, в какой-то момент, циклы перезаписи закончатся, и можно будет только считывать хранящуюся информацию. Кроме того, транзистор, который хранит данные, из-за перехода на многоуровневые типы флеш-памяти стал чувствительнее, а значит, он быстрее изнашивается. Какое количество перезаписей выдерживают разные типы ячеек?
- для SLC количество перезаписей около 100 тысяч
- для MLC – около 10 тысяч
- для TLC – 3-5 тысяч
- QLC переживают всего около 1 тысячи циклов
Еще одна проблема, связанная с повышением плотности – снижение скорости. Из-за того, что контроллеру нужно понимать разницу между комбинациями бит, нагрузка увеличивается. Как следствие, увеличивается время, затраченное на чтение и запись. То есть, чем больше состояний поддерживающихся флеш-памятью в SSD накопителе, тем медленней происходит запись.
Что выбрать MLC или TLC?
Мы не будем говорить о SLC дисках, так как они почти отсутствуют в потребительском сегменте, если же они там есть, то цены на них слишком высоки. Из всего вышесказанного, можно сказать, что MLC лучше для пользователей, чем TLC, так как
- Работает с более высокой скоростью
- Имеет более продолжительный срок службы
- Использует меньшее количество энергии во время работы
Минус MLC – более высокая, по сравнению с TLC, цена.
Однако мы не можем сказать этого наверняка, так как можно купить более новый SSD с TLC памятью, который будет более емким, с более новым набором характеристик, которые окажутся лучше, чем у накопителя с MLC памятью. Но можно точно сказать, что до 10000 рублей TLC покупать намного выгодней, чем MLC. Кроме этого, нужно учитывать, что SSD накопители не предназначены для хранения большого количества информации, но они подходят для установки операционной системы и программ, которыми вы пользуетесь, так как увеличивают скорость загрузки.
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.
