ЖУРНАЛ СТА №1/2023

раза ниже, чем у серий на базе памяти 3D TLC – 3TE7 и 3TG6-P. Как вывод, пользователю нелегко вы- брать оптимальное решение для хра- нения данных, учитывая факторы надёжности, срока эксплуатации, до- полнительного функционала и, нако- нец, стоимости. Накопители на базе памяти 3D TLC могут не обеспечивать ожидаемого срока службы и уровня производительности, при этом до- стоинства накопителей на базе памяти SLC могут не оправдывать их высокую стоимость и попросту не соответство- вать бюджету потребителя. Накопите- ли на базе памяти iSLC – это лучшее решение на сегодня для надёжного хра- нения достаточно больших объёмов данных при длительном сроке экс- плуатации за умеренную стоимость. О технологии 3D NAND без прикрас По мере развития компьютерных технологий производителям требуется записывать всё большее количество информации, и, следовательно, для реализации большого объёма памяти в меньшем физическом размере требу- ется большее количество бит на одну флеш-ячейку. В данной статье мы рас- сматриваем память, которая содержит три бита на ячейку (triple-level-cell, TLC). Помимо этого, существует память с че- тырьмя битами на ячейку (quad-level cell, QLC). Промышленные накопители на последнем типе памяти находятся в разработке. Тенденция уплотнения ячеек ведёт к увеличению ёмкости накопителей и при этом к снижению их стоимости. Однако при всей, на первый взгляд, привлекательности данного процесса, у этой медали есть и обратная сторо- на – значительное снижение количе- ства циклов перезаписи на ячейку. Это связано с неизбежным физическим процессом, характерным для любого твердотельного накопителя, – деграда- цией ячеек. Удаление данных из ячей- ки происходит путём подачи в неё от- носительно мощного электрического разряда, такой процесс постепенно раз- рушает ячейку, что приводит впослед- ствии к полному отказу устройства. Другая серьёзная проблема – битовые ошибки. Они происходят тогда, когда передаваемые данные сталкиваются с электрическими или магнитными по- мехами со стороны окружения, и зна- чение одного или нескольких битов ме- няется (с 0 на 1 или наоборот). По мере увеличения количества записываемых битов на одну ячейку и размера (слоёв) самой ячейки риск возникновения би- товых ошибок также возрастает, что снижает производительность устрой- ства (рис. 1). Тем не менее твердотельные накопи- тели с большим объёмом памяти и оп- тимальным сроком службы – это уже доступный продукт для потребителя с любым бюджетом. Какие-то 5 лет назад это было бы невозможно. Более того, с учётом особенностей встроенного про- граммного обеспечения изделий брен- да Innodisk они пригодны и для про- мышленного применения с гарантий- ным сроком 3 года. Как не проиграть в борьбе за оптимизацию Основное различие между самой на- дёжной на текущей момент памятью SLC и относительно новой, но уже за- хватившей как потребительский, так и промышленный рынок, памятью TLC – количество битов, хранящихся в каж- дой ячейке. Ячейки памяти имеют ограниченное количество циклов пере- записи. Так, например, в SLC ячейка хранит один бит данных, в TLC – три, что делает накопители на базе памяти SLC более отказоустойчивыми и обес- печивает им длительный срок эксплуа- тации. Другие ключевые различия – это скорость чтения/записи, количество циклов полной перезаписи данных и обработка битовых ошибок [табл. 1]. SLC-накопители более надёжны и долговечны и представляются как наи- лучшее решение для промышленных и корпоративных приложений. Однако из-за своей широкой доступности и це- ны TLC-память становится всё более и более распространённой. Поскольку технология производства чипов памя- ти уплотняется с 32 до 128 слоев, про- изводителям необходимо решать во- прос надёжности за счёт программной части накопителя (т.е. прошивки конт- роллера, который и управляет работой твердотельного накопителя), что уже успешно реализовано в сериях накопи- телей с типом памяти iSLC, где на поря- док искусственно увеличивается коли- чество циклов перезаписи. Пример увеличения срока службы можно увидеть на рис. 2. При записи десяти полных ёмкостей данных нако- пителя на базе памяти iSLC в день его срок службы составляет более 8 лет, что больше в 8 раз, нежели показатели на- копителя на базе памяти 3D TLC. Для того чтобы заставить ячейки во флеш-памяти 3D TLC работать как SLC, в iSLC-памяти используется встроенное программное обеспечение, разработан- ное компанией Innodisk. Каждая ячей- ка SLC содержит 1 бит данных – 0 или 1, в то время как 3D TLC содержит 3 бита – 000, 010, 011, 100, 101, 110, 111. iSLC ими- ОБ ЗОРЫ СТА 1/2023 7 www.cta.ru Рис. 1. Эволюция флеш-памяти типа NAND. Иллюстрация с сайта controleng.ru 200 000 100 000 80 000 60 000 40 000 20 000 0 150 120 90 60 30 10 0 100 000 60 000 3ᳳнм SLC Кол-во циклов перезаписи на одну ячейку 2ᳳнм SLC 64 слоя 3D TLC 96 слоя 3D TLC 128 слоя 3D TLC Кол-во бит ECC 3000 3000 3000 120 4 24 120 120 Таблица 1. Сравнение технологий флеш-памяти SLC и 3D TLC Технологии Страница программы Стирание блока Циклы P/E Коррекция битовых ошибок посредством ECC SLC (24 нм) 400 мкс 4 мс 60 тыс. 24 бит / 1024 бит 3D LTC 2300 мкс 10 мс 3 тыс. 120 бит / 1024 бит