أقراص SSD مع ذكريات TLC مقابل MLC

حدثت الطفرة الكبيرة في ذاكرة الفلاش بين عامي 2004 و 2005 ، عندما تسبب مزيج من عاملين في انخفاض الأسعار لكل ميجابايت بسرعة. حيث بدأت أقراص الهاتف الذكي وأقراص SSD تلاحظ انخفاضًا ، ولكن مرور الوقت فقط جعلنا نحصل على أسعار أكثر جاذبية ، على الرغم من أنه يبدو مؤخرًا أنها ليست بسبب العمل وترفع الأسعار مرة أخرى. هل تريد معرفة الفرق بين ذكريات TLC و MLC؟ نفسر كل ما تحتاج لمعرفته!

فهرس المحتويات

محركات أقراص SSD مع ذكريات TLC مقابل MLC

الأول هو الزيادة الوحشية في الإنتاج والمنافسة بين الشركات المصنعة ، الأمر الذي أدى إلى انخفاض الأسعار. بالإضافة إلى الشركات العملاقة مثل Samsung و Toshiba ، فقد استثمرت حتى Intel و AMD مبالغ كبيرة من المال في تصنيع الذاكرة المحمولة.

والثاني هو إدخال تقنية MLC (خلية متعددة المستويات) ، حيث ذهبت كل خلية لتخزين بتين بدلاً من واحدة فقط. كان هذا ممكنا بفضل استخدام الجهد المتوسط. تم تطبيق تقنية MLC بشكل أو بآخر من قبل العديد من الشركات المصنعة ، وخفضت التكلفة لكل ميجابايت إلى النصف ، ولكن بدلاً من ذلك أدت إلى رقائق ذاكرة فلاش ذات أداء أقل وتتحلل بسرعة أكبر..

اليوم ، رقائق MLC هي تلك المستخدمة في الغالبية العظمى من بطاقات USB ، وبطاقات الذاكرة ، ومحركات أقراص الحالة الثابتة. أصبحت الرقائق التقليدية ، التي تخزن بتًا واحدًا لكل خلية ، تسمى "SLC" (خلية أحادية المستوى) ، ويتم إنتاجها بهدف خدمة السوق لمحركات الأقراص الصلبة عالية الأداء (خاصة النماذج المخصصة سوق الخادم). على الرغم من أنها أكثر تكلفة بكثير ، إلا أنها توفر أداء أفضل وأكثر متانة.

على الجانب الآخر ، لدينا وحدات مجهزة بشرائح TLC ، التي تخزن ثلاث بتات لكل خلية ، بدلاً من اثنتين مثل MLCs ، وبالتالي تقلل تكلفة التصنيع لكل غيغابايت بأكثر من 33 ٪. من ناحية أخرى ، ينتج عن استخدام الفولتية المتوسطة المزيد من الرقائق التي تتحلل بشكل أسرع من MLC.

الاختلافات بين MLC و TLC

في الحقيقة ، لا توجد فروق مادية بين الخلايا على شريحة MLC و TLC. في كلتا الحالتين ، تقنية الإنتاج هي نفسها تقريبًا ولكن هناك اختلافات فيها… ولكن أيضًا طريقة برمجة الشريحة. ما يجعل رقائق MLC و TLC أرخص من SLCs مسألة حسابية بسيطة: يمكن لرقاقة NAND بسعة 16 غيغابايت أن تؤدي إلى شريحة SLC سعتها 16 غيغابايت ، أو رقاقة MLC بسعة 32 غيغابايت ، أو شريحة TLC من 48 جيجا بايت.

بافتراض أن التكلفة الإجمالية للرقاقة هي 24 دولارًا ، سيكون لدينا تكلفة لكل غيغابايت تبلغ 0.75 دولارًا على MLC وفقط 0.50 دولارًا على اتفاقية التجارة الحرة. إذا كنت مصنعًا مهتمًا ببيع أقراص SSD ذات سعة كبيرة بسعر منخفض ، فسيكون من الواضح أي من الخيارين سيكون أكثر جاذبية بالنسبة لك.

المشكلة الكبرى ليست فقط المتانة ، ولكن أيضًا أداء الرقائق نفسها ، والتي تنخفض مع استخدام المزيد من البتات. تستغرق عملية القراءة التي تستغرق 50 µs على شريحة MLC 100 ors أو أكثر على شريحة TLC.

في الوقت نفسه ، تستغرق عملية الكتابة التي تستغرق 900 ors أو أكثر على شريحة MLC أكثر من 2000 ons على TLC ، مما ينتج عنه قطرات تتناسب مع سرعات القراءة والكتابة لمحركات الأقراص.

نوصي بأنواع ذاكرة NAND في SSD: SLC و MLC و TLC و QLC

لكن المشكلة الأكبر هي المتانة. عمر رقائق MLC هو 10000 دورة فقط في 50 نانومتر ، بينما في شرائح TLC ، يبلغ عمر 2500 عملية في 50 نانومتر.

حتى مع استخدام القطاعات والتقنيات الأخرى التي يستخدمها السائقون الحاليون لإطالة عمر محركات الأقراص ، فإن محرك أقراص SSD سعة 128 جيجابايت المستند إلى شرائح Tn 25nm سيحمل فقط 96 تيرابايت من التسجيلات طوال حياته ، مما يحد من استخدامه كثيرا. للمقارنة ، سيحمل قرص 128 جيجا بايت على أساس شرائح 34 نانومتر MLC 640 تيرابايت على القرص.

سيكون لعمر MLC عمر منخفض نسبيًا ، ولكن لا يزال مقبولًا إذا أخذنا في الاعتبار المزايا الرائعة التي توفرها ذاكرة الفلاش في مناطق أخرى. محرك TLC ، مع ذلك ، سيكون له استخدام محدود وفي العديد من حالات الاستخدام يمكن استنفاده بعد عدة سنوات. يعني أنهم ليسوا سيئين ، حسنا؟ لكنها ذات نوعية رديئة.

SSD مع ذاكرة TLC مناسب تمامًا للمستخدم العادي. لكن MLC بجودة أعلى ، وهي موجودة في قمة الشركات المصنعة في النطاق.

تمكن العديد من الشركات المصنعة من تعويض هذا الانخفاض في أداء وموثوقية ذاكرة الفلاش باستخدام برامج تشغيل أفضل واستخدام نسبة أعلى من SSD ، ولكن هذا لا ينفي السؤال الرئيسي الذي مفاده أن الشركات المصنعة تنتج رقائق ذاكرة فلاش أسوأ. مع كل جيل جديد ، إحراز تقدم فقط فيما يتعلق بالتكلفة.

خلية متعددة المستويات (MLC)

MLC هو المعيار المستخدم من قبل معظم محركات الأقراص ذات الحالة الصلبة اليوم. يشير الاختصار إلى الخلية متعددة المستويات ، ويستخدم لوصف ذكريات فلاش NAND التي لديها القدرة على تخزين 2 بت من البيانات لكل خلية.

TLC هو تطور لهذه التكنولوجيا ، ويسمح بتخزين 3 بتات من البيانات لكل خلية ، بينما تخزن الخلية أحادية المستوى (SLC) بت واحد فقط من البيانات لكل خلية. لكل واحد مزاياه وعيوبه ، والتي سنراها بعد ذلك.

نوع MLC شائع جدًا اليوم ، ويتكون من عملية تستخدم الفولتية المختلفة لجعل خلية الذاكرة تخزن بتين (من الناحية النظرية ، من الممكن جعلها تخزن أكثر) بدلاً من واحدة فقط ، كما هو الحال في SLC.

بفضل تقنية MLC ، انخفضت تكاليف أجهزة تخزين الفلاش ، حتى زادت من عرض منتجات مثل أجهزة USB والهواتف الذكية بأسعار معقولة.

خلية ثلاثية المستوى (TLC)

يشير الاسم نفسه إلى ذلك: يخزن نوع TLC ثلاث بتات لكل خلية ، وبالتالي ، يزداد حجم البيانات التي يمكن تخزينها في الوحدة بشكل كبير. إنه أحدث معيار لدينا في السوق.

نوصيكم بإصدار خاص من Corsair Dominator Platinum و Vengeance LED

ومع ذلك ، فإن الأداء أيضًا أقل مقارنة بتقنية MLC ، بعد كل شيء ، نحصل على ثماني قيم محتملة بثلاث بت ، وهذا هو السبب في وجود مجموعة متنوعة من الفولتية: 000 ، 001 ، 010 ، 011 ، 100 ، 101 ، 110 و 111.

هنا ، الفائدة الرئيسية هي زيادة مساحة التخزين ، لأن ذكريات TLC عادة ما تكون أبطأ من رقائق MLC ، والتي بدورها ، لديها أداء أقل من تقنية SLC.

ومع ذلك ، فإن ذكريات TLC و MLC أسرع من محركات الأقراص الثابتة ، وهذا هو السبب في أن استخدامها ممكن في معظم التطبيقات: في العديد من الحالات ، لا يعوض عن وجود SSD سريع إلى حد ما ، ولكنه لا يوفر سعة مساحة تخزين كافية.

ما هي مزايا وعيوب؟

الميزة الكبرى لمحركات الأقراص ذات الحالة الصلبة مع تقنية TLC هي في أدنى سعر لها. وذلك لأن محركات الأقراص ذات التقنية أكثر كثافة ، حيث يتم تخزين المزيد من البيانات بنفس المقدار من المساحة. وبعبارة أخرى ، ينتهي بهم الأمر إلى الحصول على كفاءة تكلفة أعلى. ولكن هذا ، مثل كل شيء في الحياة ، له ثمن.

محركات الأقراص ذات الحالة الصلبة مع تقنية TLC ينتهي بها الحال إلى ألا تكون سريعة أو متينة مثل طرازات MLC. لذلك ، لا يشار إليها للاستخدام المهني.

في الواقع ، تعد محركات أقراص الحالة الصلبة TLC مناسبة بشكل أفضل للمستخدمين المنزليين. بالنسبة لهذه الأنواع من المستخدمين ، لا يوجد فرق ملحوظ في الأداء ، على الأقل في الغالبية العظمى من الحالات.

كم عدد دورات التسجيل التي تدعمها دون فقدان قدرتك على تخزين البيانات؟

من الواضح أن عدد دورات الكتابة التي تدعمها الخلية يؤثر على عمرها الإنتاجي. لكن لحسن الحظ ، ليس هذا هو العامل الوحيد. هناك نوعان آخران لهما أهمية كبيرة: التردد الذي يتم به تعديل القيمة الموجودة في الخلية (التردد الذي تتم قراءته به ليس له تأثير على العمر الإنتاجي) وسعة وحدة التخزين الشامل (في حالتنا) ، من SSD أو جهاز الحالة الصلبة) الذي تم تثبيته فيه.

أهمية تواتر عمليات التسجيل واضحة: تواتر عمليات الكتابة في خلية تدعم عشرة آلاف دورة كتابة لوحدة صغيرة مستخدمة أو التي تخزن بيانات ثابتة صغيرة. وبالتالي ، ستستمر هذه الخلية لفترة أطول بكثير من الأخرى ، مثبتة في محرك يستخدم لتخزين البيانات الديناميكية التي تتغير قيمها كثيرًا ويجب إعادة كتابتها في جميع الأوقات.

لا تقل أهمية عن بنك الذاكرة حيث يتم تخزين البيانات على SSD هو وحدة التحكم الموجودة بداخله ، والتي تعمل كواجهة بين قرص SSD والكمبيوتر. هذا هو جهاز التحكم الذي يقرر الخلايا التي سيتم تخزين البيانات فيها.

نوصيك بأن إنتاج ذكريات الذاكرة العشوائية سيظل محدودًا جدًا في 2018

خلال هذه السنوات الأخيرة التي انتشرت فيها محركات الأقراص ذات الحالة الصلبة ، تم تحسين الخوارزميات التي تحدد ما ستكون عليه هذه الخلايا. تسعى وحدات التحكم الأحدث إلى توزيع عمليات قراءة الخلايا المتوفرة على محركات الأقراص ذات الحالة الصلبة بشكل متجانس قدر الإمكان ، مما يمنع بعض الخلايا من تلقي عمليات كتابة أكثر بكثير من غيرها.

في الأيام الأولى من استخدام محركات الأقراص ذات الحالة الصلبة ، كانت محركات الأقراص صغيرة نسبيًا في السعة. محركات أقراص 1 تيرابايت متاحة بسهولة اليوم. حسنًا ، إذا زاد العدد الإجمالي للخلايا التي يمكن توزيع عمليات الكتابة فيها بشكل كبير ، فإن معدل تكرار كل خلية يتم تجاوزه يتناسب بشكل مباشر مع هذه الزيادة.

ومن هنا تأتي أهمية قدرة SSD من حيث طول العمر. ولكن مع ذلك ، فإن الأجهزة المستندة إلى MLC لها عمر أقصر بكثير من الأجهزة المستندة إلى SLC.

فرق مهم آخر هو السرعة التي تتم بها عمليات الكتابة. على الرغم من هذه المرة ، لا تتداخل عمليات القراءة. بعد كل شيء ، لقياس الجهد الكهربائي يكفي لتطبيق جهاز استشعار على النقاط التي يوجد فيها فرق في الجهد الكهربائي. ولكن في حالة الكتابة ، فإن الأمر مختلف.

هذا النوع من خلايا الذاكرة ، كما يتبين ، يمكن أن يخزن ثماني قيم مختلفة (000 ₂ = 010 إلى 1112 = 710). تكفي الملاحظة البسيطة لإظهار أن "كتابة" قيمة (تعديل مستوى الجهد) تكون أكثر تعقيدًا (وبالتالي أبطأ) عندما يزداد عدد القيم المحتملة. ومن خلال زيادة نطاق الجهد ، يزيد استهلاك الطاقة.

قضية درجة الحرارة

حتى وقت قريب ، تبددت وحدات الذاكرة الحرارة ، ولكن هذا لم يكن مصدر قلق. ومع ذلك ، عندما يتعلق الأمر بذاكرة فلاش متعددة المستويات ، فهي مختلفة.

بعد كل شيء ، تعمل على ترددات عالية وتستخدم الفولتية العالية نسبيًا ، عاملين مهمين عندما يتعلق الأمر بتبديد الحرارة ، وبالتالي زيادة درجة حرارة الشريحة.

هذا دقيق بشكل خاص عندما يتعلق الأمر بذكريات MLC ، حيث يكون عدد عتبات الفولتية الداخلية التي تحدد القيمة المخزنة أكبر.

وذلك لأن درجات الحرارة المرتفعة جدًا يمكن أن تتداخل مع هذه العتبات ، مما يعدل القيمة المخزنة ويعرض موثوقية الذاكرة للخطر تمامًا.

نوصي بأن تُظهر سامسونج ذكرياتها الـ RDIMM التي تبلغ 256 جيجابايت

والنتيجة أنه من غير المستحسن بالتأكيد أن يتم الاحتفاظ بقواعد هذا النوع من الذاكرة في درجات حرارة تشغيل عالية جدًا. لهذا السبب ، تحتوي بعض الأجهزة (على سبيل المثال ، بعض محركات أقراص SSD من سامسونج) على مستشعرات درجة حرارة تعمل على إبطاء عمليات الكتابة (للقراءات ، كما هو الحال دائمًا ، تأثير قليل على تبديد الحرارة) في الحالات التي تكون فيها درجات الحرارة فوق 70 درجة مئوية وتعود فقط إلى التشغيل العادي عندما تبرد البنوك إلى ما دون هذه القيمة المحددة.

إن الذكريات أحادية المستوى (SLC) أكثر تسامحًا مع درجات الحرارة المرتفعة. هذا لأنه لأنه يمكن أن يستغرق حالة واحدة فقط من حالتين ، فإن التسامح أكبر بكثير من درجة الحرارة التي تغير عتبة الجهد قليلاً ، لذلك لا تتغير القيمة المخزنة.

وبالتالي ، يتم تصنيف محركات الأقراص ذات الحالة الواحدة أحادية الخلية ، الأكثر تكلفة ولكنها تتحمل درجات حرارة أعلى ، على أنها "صناعية" ، في حين يتم تصنيف MLCs ، التي يجب أن تعمل في نطاق درجات حرارة أقل ، على أنها "تجارية".

SSD الموصى به

محرك أقراص Corsair Force MP500 - محرك أقراص مزود بذاكرة مصنوعة من مكونات صلبة ومحرك أقراص مزود بذاكرة مصنوعة من مكونات صلبة سعة 120 جيجابايت ومحرك أقراص M.2 PCIe Gen 3 x4 NVMe-SSD وسرعة قراءة تصل إلى 2300 ميجابايت / ثانية محركات أقراص CORSAIR NVMe M.2 SSD تتيح مستوى من الأداء في تنسيق واحد محرك قرص صلب صغير الحجم من سلسلة LE - 480 جيجا بايت محرك أقراص صلبة (SATA 3 ، 6 جيجا بايت / ثانية ، TLC NAND) (CSSD-F480GBLEB) مع سرعة كتابة تبلغ 530 ميجا بايت / ثانية وسرعة قراءة 560 ميجا بايت / ثانية ؛ 480 سعة تخزين و 6 جيجا بايت / ثانية GB Corsair Neutron Xti معدل نقل البيانات - 240 جيجا بايت محرك أقراص صلبة (Serial ATA III، MLC، 0-70 C، 2.5 "، -40-85 C)، اللون أسود أداء أحمر ثابت ومعدلات نقل مستدامة عالية جدًا Samsung 850 EVO - محرك أقراص صلبة (250 جيجابايت ، Serial ATA III ، 540 ميجابايت / ثانية ، 2.5 ") ، سعة تخزين SSD سوداء 250 جيجابايت ؛ سرعة قراءة متتابعة تصل إلى 540 ميجابايت / ثانية وسرعة كتابة تصل إلى 520 ميجابايت / ثانية 63.26 يورو Samsung 960 EVO NVMe M.2 - محرك أقراص صلبة صلب سعة 500 جيجابايت (Samsung V-NAND و PCI Express 3.0 x4 و NVMe و AES 256 بت ، 0 - 70 ج) سعة تخزين SSD 500 جيجابايت ؛ ذكريات Samsung V-NAND وواجهة NVMe ووحدة تحكم Polaris 183.86 يورو

الخلاصة

تتمتع MLC بعمر إنتاجي أطول من TLC ، لأنه من الأسهل التمييز بين حالات الجهد المحتملة الأربعة عن الحالات الثماني التي لها هامش خطأ أصغر. هذا هو السبب أيضًا في أن TLC SSD أرخص ونجده في SSDs منخفضة ومتوسطة المدى.

نحن نعلم الآن أن أقراص SSD المستندة إلى ذاكرة MLC أكثر تكلفة من TLC ، وتتحمل كثافة بيانات أقل ، وهي أسرع ، ويمكنها تحمل درجات حرارة أعلى ، مع عمر أطول وتستهلك طاقة أقل. ما رأيك في كل شيء؟ أنت بالفعل تخبرنا انطباعاتك ، بعد قراءة المقال!