Многоуровневые SSD накопители: что такое «SLC», «MLC», «TLC», «QLC» и «PLC»?

Введение

Твердотельные накопители значительно улучшают общую производительность персональных компьютеров, позволяя существенно сократить время загрузки операционной системы, и повышают общее быстродействие, превращая, укомплектованные данным типом хранилища, компьютеры в высокоскоростные. Но когда пользователи непосредственно выбирают для своего устройства конкретную модель накопителя «SSD», то часто приходится сталкиваться с различными специализированными терминами, такими как «SLC», «SATA III», «NVMe», «M.2» и т.д. Не многие пользователи знают определение данных терминов и далее в нашем руководстве мы подробнее остановимся на некоторых основных понятиях.

Несколько слов о ячейках

Современные модели твердотельных накопителей «SSD» используют для хранения информации энергонезависимую флэш-память формата «NAND», в свою очередь полностью состоящую из ячеек памяти. Это базовые блоки, на которые записываются любые цифровые данные в «SSD». Каждая ячейка памяти способна принимать определенное количество битов, которые зарегистрированы на устройстве хранения как «1» или «0».

В зависимости от задействованной технологии, микросхемы памяти «NAND» различаются плотностью хранения данных, и далее мы рассмотрим твердотельные накопители с разными вариантами используемых видов памяти, выделенными в отдельную характеристику.

Запоминающее устройство «SSD» с одноуровневыми ячейками («SLC»)

Основным типом твердотельного накопителя является «SSD» с микросхемой «NAND», внутренняя организация которой реализована посредством использования одноуровневых ячеек («Single-Level Cell», сокращенно «SLC»). Технология «SLC» обеспечивает плотность хранения данных один бит на ячейку памяти. Это немного, но у данной организации есть отдельные неоспоримые преимущества. Во-первых, твердотельные накопители, выполненные по технологии «SLC» – это самый быстрый тип запоминающего устройства «SSD» из всех доступных вариантов. Они также более долговечны и менее подвержены развитию ошибок, поэтому считаются наиболее надежными среди всех видов твердотельных дисков.

Твердотельные накопители «SSD» на основе «SLC» в первую очередь популярны в корпоративных средах, где потеря данных неприемлема и может привести к значительным тратам, а надежность запоминающих является ключевым фактором. Технология «SLC» существенно повышает конечную стоимость накопителя, особенно в пересчете цены за единицу дискового пространства, и носители данных на ее основе обычно не доступны для обычных потребителей. Для сравнения, на «Amazon» доступен для приобретения твердотельный накопитель «SSD», выполненный по технологии «SLC» с емкостью «128 ГБ», и его конечная цена равна стоимости запоминающего устройства «SSD» с объемом памяти «1 ТБ», изготовленного по технологии «TLC NAND».

Поэтому, если пользователям предлагается потребительский твердотельный накопитель «SSD» с технологией плотности хранения данных «SLC», то, вероятно, он имеет другой тип памяти «NAND» и просто дополнен кэшем «SLC» для повышения производительности.

Твердотельный накопитель «SSD» с многоуровневыми ячейками («MLC»)

Конкретное понятие «многоуровневые», применительно к твердотельным накопителям, выполненным на основе «NAND – памяти» с многоуровневой ячейкой («Multi-Level Cell», сокращенно «MLC»), не особо точно отображает смысл определения и создает ложное впечатление о доступной плотности данных. Как можно было бы сделать вывод из названия, организация пространства ячейки должна поддерживать много уровней, однако она ограничивается только двумя битами на ячейку, что конечно превышает количество битов ячейки «SLC» в два раза, но не является слишком большим значением. Схема озаглавливания примененной технологии плотности данных не предполагала ориентацию на будущее развитие, поэтому и был выбран данный формат названия.

Скорость взаимодействия с данными у накопителей «MLC» несколько ниже, по сравнению с «SLC», поскольку для записи двух битов в ячейку требуется больше времени, чем для записи одного. Увеличение количества битов в одной ячейке также снижает долговечность и надежность твердотельных накопителей «MLS», потому что данные записываются на флэш-память «NAND» чаще, чем в предыдущем одноуровневом варианте «SLC».

Тем не менее, «MLC» – это прочный и добротный образец твердотельного накопителя. Его емкость не настолько высока, как у других типов твердотельных накопителей, но уровень надежности и долговечности способен удовлетворить самые высокие требования пользователей, и на рынке твердотельных накопителей уже можно найти достойный вариант запоминающего устройства «MLS» емкостью в «1 ТБ» по приемлемой цене, полностью соответствующей его возможностям.

«SSD-накопители» с трехуровневыми ячейками («TLC»)

Как напрямую следует из названия «Triple-Level Cell», твердотельный накопитель «SSD» формата исполнения «TLC» записывает три бита в каждую ячейку. На момент написания данного руководства «TLC» является наиболее распространенным типом накопителя «SSD».

Накопители с данной технологией плотности данных предлагают пользователям хранилища «SSD» с гораздо большей емкостью, чем диски «SLC» и «MLC», но вынуждены, по сравнению с ними, жертвовать относительной скоростью, надежностью и долговечностью. Это не значит, что диски «TLC» плохие и пользователям не стоит их рассматривать для применения на своих устройствах. На самом деле, в настоящий момент они, вероятно, являются самым лучшим предложением, сочетающим высокие показатели скорости обработки данных, времени загрузки системы и реакции на системные и пользовательские команды, в сравнении с остальными вариантами дисков, по достаточно низкой цене.

Не позволяйте понятию меньшей прочности заставить вас отказаться от использования твердотельного накопителя «TLS», ведь, обычно, он гарантированно и безошибочно работает в течение нескольких лет.

Показатель суммарного объема записи данных («TBW»)

Разработчики твердотельных накопителей стремятся не только сохранить и преумножить преимущество «SSD» в скорости, но и работают над увеличением продолжительности гарантированного срока службы накопителей. И с целью маркировки значения долговечности к характеристикам «SSD» было добавлено понятие «TBW» («Total Bytes Written»), которое принято исчислять в терабайтах («ТБ»). Числовое значение обычно означает количество терабайт, которое можно гарантированно записать на диск до того момента, как он окончательно выйдет из строя.

Например, модель твердотельного накопителя «Samsung 860 Evo» емкостью «500 ГБ» (очень популярный «SSD» несколько лет назад) имеет рейтинг «TBW 600», а модель объемом в «1 ТБ» – «1200 TBW». Это невероятно огромное количество данных, поэтому такой диск непременно прослужит вам долгие годы.

«TBW» также дополнительно является оценкой «уровня безопасности», и твердотельные накопители «SSD», по своим технологическим возможностям, обычно превышают установленные предельные значения. Это означает, что диск, как минимум, указанное количество данных сможет гарантированно записать. Однако, чтобы обезопасить себя от непредвиденного выхода из строя накопителя, сделайте его резервную копию, чтобы минимизировать потерю данных, особенно на старых дисках.

Накопители «SSD» с четырьмя уровнями ячеек («QLC»)

Твердотельные запоминающие устройства с технологией плотности данных, подразумевающей использование четырехуровневых ячеек («Quad-level Cell», сокращенно «QLC»), могут записывать четыре бита в каждую ячейку.

«QLC NAND» может упаковать намного больше данных, чем другие типы твердотельных накопителей, но повышение общего количества, доступной для записи, информации напрямую оказывает сильное влияние на диск и уменьшает общую производительность запоминающего устройства «QLC». Это особенно заметно, когда исчерпан кэш диска, например, во время передачи больших файлов (сорок гигабайт и выше). Производители дисков с технологией «QLC» пытаются оптимизировать работу накопителей, и, с большой долей вероятности, можно утверждать, что в краткосрочной перспективе данной проблемы удастся избежать.

Долговечность твердотельных накопителей «QLC» также является проблемой. Однако с другой стороны, бюджетный накопитель «Crucial P1 QLC NVMe» имеет показатель суммарного объема записи данных на уровне «100 TBW» для модели с емкостью диска «500 ГБ» и «200 TBW» для объема диска в «1 ТБ», что, хотя и меньше установленных значений дисков «TLC», но все же вполне достаточно для ежедневного домашнего использования.

Твердотельные накопители «Penta-Level Cell» («PLC»)

Запоминающие устройства твердотельного формата «SSD», выполненные по технологии «PLC», которые могут записывать пять бит на ячейку, для потребителей в данный момент еще не предлагаются, но процесс их представления уже в пути. Например, компания «Toshiba» уже упоминает приводы формата «PLC» в конце августа 2019 года, а корпорация «Intel» – в сентябре, что означает серьезность намерений в стремлении компаний предложить и завершить готовые разработки. Твердотельные накопители «PLC» должны быть в состоянии вместить гораздо больше данных и могут быть представлены значительными емкостями. Тем не менее, они также будут иметь схожие проблемы, что и диски «TLC» и «QLC», когда речь заходит об уровнях долговечности и производительности.

Нет необходимости сразу приобретать готовый «SSD» с технологией плотности хранения данных «PLC», а стоит некоторое время подождать и ознакомиться со специализированными отзывами и готовыми тестами. Кроме того, также необходимо обратить особое внимание на рейтинг «TBW», чтобы иметь представление о гарантированном сроке службы, указанном производителем, и ознакомиться с результатами работы диска в реальных условиях, получив подтверждение склонности к возникновению поломок (на основе все тех же тестов).

Например, привод «QLC», о котором мы упоминали в предыдущем разделе, имеет более низкий рейтинг «TBW», но он гарантированно позволяет записывать до пятидесяти четырех гигабайт информации в день в течение пяти лет. Никто из пользователей не пишет так много данных в домашних условиях, поэтому можно ожидать, что данный диск будет работать довольно длительное время, несмотря на более низкий рейтинг «TBW».

Другие понятия «SSD»

Ранее мы рассмотрели основные типы флэш-памяти «NAND», но пользователям встречаются и другие определения, и далее мы дополнительно опишем несколько терминов, которые могут вам помочь полнее понять характеристики «SSD»:

• «3D NAND»: в какой-то момент производители «NAND» попытались расположить ячейки памяти ближе друг к другу на плоской поверхности, чтобы уменьшить размер дисков и увеличить емкость. Такой подход работал до определенного момента, но флэш-память начинает терять свою надежность, когда ячейки расположены слишком близко друг к другу. Чтобы обойти данное ограничение, разработчики поместили ячейки памяти друг на друга, чтобы увеличить емкость. Такая архитектура обычно называется «3D NAND», а иногда и вертикальным «NAND».

• «Технология выравнивания износа»: ячейки памяти «SSD» начинают разрушаться сразу в момент их первичного использования и процесс продолжается безостановочно при каждой записи. Чтобы избежать неравномерного снижения ресурса отдельных ячеек и помочь накопителям гарантированно прослужить заявленный срок, производители применяют технологию износа, которая пытается записывать данные в ячейки памяти как можно более равномерно. Вместо того, чтобы постоянно записывать определенный блок в один раздел диска, данная технология распределяет данные равномерно, поэтому все ячейки имеют одинаковый или соизмеримый показатель износа.

• «Кэш»: каждый твердотельный накопитель «SSD» укомплектован кэшем, в котором данные кратковременно хранятся перед их непосредственной записью на диск. Данная специальная выделенная область быстрого доступа для временного хранения информации имеет решающее значение для повышения производительности «SSD». Кэш-память обычно состоит из ячеек «SLC» или «MLC NAND». Когда кэш заполнен, производительность имеет тенденцию к значительному снижению – это особенно верно для некоторых накопителей «TLC» и большинства дисков «QLC».

• «SATA III»: это наиболее распространенный интерфейс подключения жесткого диска «HDD» и твердотельного накопителя «SSD» в персональном компьютере. В этом контексте понятие «интерфейс» просто означает, каким образом происходит прямое соединение диска с материнской платой. «SATA III» имеет максимальную пропускную способность шестьсот мегабайт в секунду.

• «NVMe»: данный интерфейс соединяет запоминающее устройство «SSD» с материнской платой. «NVMe» позволяет развивать молниеносную скорость передачи данных. Показатели скорости современных потребительских накопителей с интерфейсом «NVMe» примерно в три раза выше, чем у «SATA III».

• «M.2»: это форм-фактор (физический размер, форма и дизайн) накопителей «NVMe». Их часто называют дисками «gumstick», потому что они крошечные и прямоугольные. Накопители монтируются в специальные слоты на большинстве современных материнских плат.

Заключение

Стремительный рост объемов разнообразных видов цифровых материалов и существенное увеличение трудоемкости, ежедневно исполняемых пользователями, процессов вынуждает постоянно усовершенствовать существующие персональные компьютерные устройства, и особое внимание уделять применению надежных, обладающих высокой скоростью взаимодействия с данными, и долговечных запоминающих устройств значительной емкости.

Производители современных хранилищ данных, благодаря внедрению продвинутых методик, предлагают пользователям новый вид твердотельных накопителей, выполненных на основе флэш-памяти «NAND». Доступные варианты различаются между собой технологиями, обеспечивающими плотность хранения данных, которые, в свою очередь, влекут за собой градацию твердотельных накопителей по количеству циклов чтения/записи цифровых материалов, предлагаемой емкости, гарантированном показателе суммарного объема записи данных и окончательной стоимости.

Ознакомившись с представленным руководством, пользователи смогут более осознанно подойти к вопросу комплектации своего персонального компьютера твердотельным накопителем «SSD» и выбрать наиболее лучший вариант, исходя из собственных возможностей и заявленных приоритетов.

Полную версию статьи со всеми дополнительными видео уроками читайте в нашем блоге...