QLC nestačí? Do výroby jdou čipy PLC NAND s větší kapacitou – za cenu horší výdrže a výkonu

26
sk hynix nand flash ssd pameti ilustrace 1600
Paměti NAND a SSD
-
Zdroj: Hynix

Další pokračování po QLC NAND je tady, přichází paměti flash s 5 bity na buňku. Přináší nám je bývalá NAND divize Intelu, dnes pobočka Hynixu vystupující pod jménem Solidigm.

Pokud se v PC hardwaru pohybujete deset a více let, pamatujete si asi, jak se v SSD vystřídaly postupně různé typy NAND zvětšující počet bitů uložených v jedné buňce: od SLC přes MLC, TLC a nakonec před relativně méně dávnou dobou QLC se 4 bity na buňku. Tato paměť už byla poněkud problematičtější – výdrží, ale i výkonem. Teď se ale zdá, že tu definitivně budeme mít i PLC, tedy 5 bitů na buňku a ještě větší choulostivost.

Výrobci NAND se netajili s tím, že záznam PLC (Penta-Level Cell) zkoumají – v roce 2019 o PLC NAND mluvila Kioxia (ex-Toshiba) a také Intel. Nicméně QLC NAND od té doby neměla až zas takový úspěch. Zatím moc nenaplnila příslib, že by tyto čipy mohly úložiště výrazněji zlevnit, dnes pořád většinou seženete výhodné SSD s TLC NAND za podobnou cenu, takže nemá smysl si s QLC NAND komplikovat život.

Na PLC vsází jako první Solidigm (ex-Intel)

Mohlo by se zdát, že se do PLC NAND proto výrobci zas tak nepoženou, ale letos během Flash Memory Summitu 2022 bylo odhaleno rovnou první SSD, které paměti NAND Flash se záznamem PLC NAND používá. Je od firmy Solidigm, což je pro nás nové jméno, ale ve skutečnosti starý hráč. Pod touto značkou totiž vystupuje bývalá divize pamětí NAND Intelu, mezitím prodaná Hynixu. PLC NAND je tedy asi výsledkem práce Intelu (možná to nepřekvapí, protože právě Intel nakonec nejvíc tlačil QLC).

Více: Potvrzeno: Intel končí s NAND a SSD, výrobu prodá Hynixu za 9 miliard $

SSD s čipy PLC NAND je sice zatím prototyp, ale tento prototyp by měl znamenat, že na PLC NAND se seriózně pracuje a za nějaké dva roky by mohla tato technologie reálně být v prodeji. PLC NAND podle firmy Solidigm má být řešení pro narůstající potřebu ukládání dat ve velkých objemech pro účely trénování AI, big data analytiky, 5G a dalších „buzzwordových“ oblastí. V tom smyslu, že přinese vyšší kapacity a naopak může snížit ceny úložišť (teoreticky). SSD založená na PLC NAND by se mohla více přiblížit ceně HDD, takže by je mohla částečně nahradit v datacentrech.

Technologických podrobností zatím moc není, ale firma potvrdila, že její PLC NAND je vyvinutá na principu technologie Floating Gate, což je teď poznávací znamení NAND Flash od Intelu. Ostatní výrobci (Samsung, Toshiba, Hynix a jako poslední i Micron, původně partner Intelu) totiž přešli na technologii Charge-Trap Flash. Podle Solidigm a předtím Intelu je ale silnou stránkou technologie Floating Gate právě škálování na vyšší počty bitů uložených v buňce.

Technologie Floating Gate údajně poskytuje silnou izolaci náboje a distribuci prahů napětí, potřebnou pro mnohobitový záznam. To, že je použitý stejný princip jako u QLC NAND Intelu, z níž Solidigm PLC NAND asi vyvinul, má ale také tu výhodu, že výrobní postup se nebude muset moc změnit. Výroba má běžet na stejných linkách.

PLC: víc kapacity, ale za jakou cenu?

PLC NAND díky tomu, že ukládá pět bitů do jedné buňky, může mít teoreticky při stejné ploše o 25 % vyšší kapacitu než čip QLC. Je to ovšem opravdu teoretické, protože u QLC výrobci museli různě upravit architekturu čipů oproti TLC, aby posílili výdrž a kvalitu signálu, navíc pak také musí být použité náročnější ECC algoritmy (a možná více rezervního místa). Ve výsledku pak úspora může být o něco horší než oněch 25 %.

Problém pro škálování kapacity tímto způsobem je, že choulostivost záznamových buněk roste mnohem rychleji než kapacita. Každý další bit uložený do buňky vyžaduje zdvojnásobení úrovní napětí, které při zápisu a čtení musí být rozlišené. Rozdíl mezi těmito úrovněmi se tedy zmenší na polovinu.

Typy buněk paměti NAND Flash a úrovně napětí které musí rozlišovat
Typy buněk paměti NAND Flash a úrovně napětí, které musí rozlišovat (zdroj: Wikimedia Commons, použito se souhlasem autora PantheraLeo1359531: public domain)

NAND Flash má obecně problém s tím, že časem napětí může degradovat a zároveň se při přepisech (přesněji – při vymazání buňky před jejím novým programováním) degraduje struktura buňky. Tím klesá její schopnost spolehlivě udržet správnou úroveň napětí, která byla při zápisu vytvořena. Zjednodušeně řečeno lze říct, že buňka se stává nespolehlivou tím dřív, čím větší rozlišovací schopnost potřebujete – pro zápis typu QLC, kdy je třeba rozlišit 16 úrovní, ji tedy můžete zahodit po mnohem menším počtu přepisů než při zápisu TLC (8 úrovní napětí). A při PLC zápisu musíte pro uložení 5 bitů rozlišovat 32 úrovní (dvě na pátou), tudíž se problém stává ještě obtížnějším.

Pokud tedy PLC přinese 1,25× zvýšení kapacity, problémy s přepisovací výdrží a spolehlivým čtením dat narostou v mnohem větší míře. Obecně další a další nárůsty počtu bitů na buňku budou mít klesající užitek, ale naopak stoupající negativa. Proto ony pochyby o tom, zda PLC přijde tak brzo po QLC.

PLC se nemusí moc rozšířit

Solidigm zatím neříká, kdy by se SSD s PLC NAND měla objevit na trhu. Realisticky by to mohl být jen třeba rok a půl až dva. Nicméně se tyto čipy ze začátku asi mohou používat jen v hodně specializovaných úložištích sloužících pro archivaci, první použití má být v datacentrových úložištích. Podobně jako pevné disky pracující na principu Host-Managed SMR se možná PLC SSD budou prodávat jen jako speciálně zaměřený produkt pro zákazníky, kteří pro ně mají upotřebení v nějaké přesně definované aplikaci, kde není třeba dosahovat velké přepisovací životnosti. Třeba na archivaci či hosting dat, která nebudou přepsána nikdy, nebo jen párkrát.

Není proto zdaleka jasné, zda se PLC NAND objeví někdy i ve spotřebitelské elektronice a hardwaru pro osobní počítače. Je možné, že zůstane záležitostí velkých firem, hyperscalerů a nás běžné uživatele neovlivní.

Jaký je váš názor na QLC a PLC NAND?

Zdroje: Solidigm, Tom’s Hardware

QLC nestačí? Do výroby jdou čipy PLC NAND s větší kapacitou – za cenu horší výdrže a výkonu
Ohodnoťte tento článek!
4.6 (92%) 10 hlasů

26 KOMENTÁŘE

  1. „PLC NAND s větší kapacitou – za cenu horší výdrže a výkonu“

    Osobně bych si raději připlatil za MLC než současné TLC, jenže už i ty MLC nejsou k dostání
    a kdyby bylo i nějaké SSD s SLC tak tam bych klidně obětoval i dvojnásobek dnešních cen za TLC.

    Výrobci paměti si asi neuvědomují že jsou lidé kteří mají rádi vysokou a stabilní rychlost zápisu při přepisu třeba přes polovinu SSD,
    místo toho nám všem (i těm co to nechtějí) nas€rou lowendovou třídu QLC (dokonce PLC = rychlost průměrného HDD) a my to musíme řešit přes RAID s několika SSD v PCIe slotů kde nám to blokuje sloty pro grafiky.
    https://www.asus.com/cz/Motherboards-Components/Motherboards/Accessories/HYPER-M-2-X16-GEN-4-CARD/
    K čemu takové SSD s PLC vůbec je?? Životnost to bude mít mizernou, udržitelnost čitelných dát diskutabilní a rychlost zápisu horší než obyčejný plotnový HDD,
    Ať dělám co dělám, vychází mi že je výhodnější si pořídit obyčejný plotnový HDD než SSD s PLC pamětí
    Zachvilku začnou z trhu mizet i dnes nejpoužívanější TLC, PLC se stane mainstreamem, a lowend budou tvořit paměti s HLC/DLC paměti (8/10 bitů) s rychlosti zápisu rovnající se psaním bitů rukou na papír….
    ….Krásná budoucnost

    • Posledni konzumni MLC (2-bit/cell) je NVMe Samsung 970 Pro (max. 1TB), ktere je zatim bezne skladem. Je to PCIe 3.0 4x, takze stropem je cca 3,6GB/s:Read, 2,5GB/s:Write. Pricemz v oTRIMovanem stavu je schopeno tu rychlost zapisu SSD udrzet pres celou kapacitu (nema SLC–cache, data se zapisuji primo v MLC rezimu).

    • Udržitelnost čitělných dat má souvislost s SLC/MLC/TLC/QLC… jen částečnou – velký vliv má taky výrobní technologie (čím menší nm tím tenčí je izolační vrstva kolem paměťové buňky a tím rychleji z té buňky utíkají elektrony). S SLC/MLC je jeden problém – výrobci by možná i chtěli, ale je tu jeden problém – aby se udržela cena v rozumných relacích, tak musí být dosažené určité minimální objemy výroby a prodeje. Jak to pod ty minimální objemy klesne tak se do ceny začnou ve větší míže promítat fixní náklady a cena letí do nebes takže to pak nekupuje nikdo a výroba se ukončí.

      • Dobře, ale tak by aspoň mohli nabízet SSD využívající MLC/TLC paměti v pseudo-SLC či pseudo-MLC módu. Využívané řadiče to většinou umí, jde jen o modifikaci firmware a nacenění. Industrial SSD/cards takto fungují již léta. Zvedlo by to výkon, spolehlivost a životnost.

        • Ale jo, co jsem trošku hledal tak nějaké TLC přepnuté do pseudo-SLC módu se dělají (i m.2 NVMe), ale jsou to průmyslové speciály s patřičnou (šílenou) cenou. Mezi normálním lidem o to je naprosto minimální zájem, i serverová SSD jsou už dneska TLC.

  2. Nepochopili ste zmenu paradigmy oznámenú napr v tom tweete. Výsledné SSD budú mať parametre ako 3dxpoint Optane.

    Pretože použijú rovnaké triky ako Intel.
    30+ modulov na jednom SSD = obrovský paralelný prístup.
    50% overprovisioning zaručí vyššiu výdrž ako najlepšie Optane
    Výkonný radič s veľkou DRAM cache, 30-50W TDP a viac.

  3. Jsem si koupil od Kingstonu 80GB MLC nekdy cca 2011 na system a programy, zapsano ma hodne, dodneska drzi. TLC pouzivame v praci a protoze je tam vetsi prepis dat, odejde to do 3 let.
    Doma teda na hry mam taky TLC, staci to, ale radeji bych MLC, kdyby to slo. Nicmene QLC a cokoli horsiho proste nikdy neakceptuju, to radsi klasicke HDD. Nakonec on ten 10.000 ot. Velociraptor pouzitelny byl taky.

    • „kdyby to slo. Nicmene QLC a cokoli horsiho proste nikdy neakceptuju, to radsi klasicke HDD“

      To je na tobě to dementní. Protože i QLC jsou pořád pořád neskutečně rychlejší než HDD. A tím opravdu nemyslím seriové rychlosti zapisu.

          • Jasne 100MB/s.

            U HDD urceneho pro zapis objemnych souboru nebude fragmentace hrat roli. Na rychlost ma vetsi vliv postupny ubytek poctu sektoru u stop smerem ke stredu ploten. Napr. 250MB/s na vnejsich stopach, 140MB/s na vnitrnich.

            • U toho HDD je to maximum co dá. Každé přestavení hlaviček tu hodnotu sníží. To SSD (navíc to jedno z nejpomalejších SSD) tu svou rychlost dá bez ohledu na cokoli dalšího.
              Ale i na takhle blbém SSD se většina lidí nikdy k téhle rychlosti 100 MB/s nedostane, protože desítky GB dat negeneruje rychlostí 1600 MB/s. A pokud je generuje rychlostí nižší, tak SSDčko ještě stíhá část dat „uklízet“.

            • U SSD obecne muze hrat roli uroven TRIMovani. Pokud nebudou prazdne sektory pripraveny pro zapis, muze byt vykon jeste nizsi. Pokud toto nastane v pripade vyuziti SSD v RAID, muze se vysledny aktualni vykon odvijet od to nejpomalejsiho clena (ceka se na nej). Pole z non-SMR HDD by takto nevypocitatelne byt v zapisu nemelo.

  4. Fakt by mě zajímalo, co s těma SSDčkama vyvádíte, že se tváříte (podle ankety i podle příspěvků), jak je QLC nepoužitelné. To máte jedno malé SSDčko, které honíte pořád dokola? Mimo nějakých malých starých mám v počítači dvě 1TB a jedno 2TB. Dvě z nich jsou QLC, jedno TLC. Největší opotřebení má systémový disk, který jsem za více než 2 roky přepsal už údajně 31x. Další disk jsem přepsal 15x a ten 2TB jen 4x. U všech je po těch cca 2 letech životnost nad 90 %.
    A to jsou disky, co mám v počítači, tedy je celkem používám. Kdybych si kupoval SSDčko do NASu, bohatě by mi stačila garance 10 přepisů. Většinou tam data jen přihrávám a jednou za pár let to přeorganizuju proto, že mi už nestačí kapacita pro ten konkrétní účel, takže tam nahraju něco jiného a ta původní data dám na větší disk.

      • Ano, Windows něco udělají. Ale když za 2 roky přepíší disk asi 30x a to i u mě, který sedí u počítače prakticky pořád, tak proč to řešit, když i levná QLC uvádí alespoň 300 přepisů?

      • No a v čem je problém? Běžný uživatel zapíšu (jeho OS zapíše) 15-25 GB denne, pokud mu to PC běží celý den a něco na něm dělá. I u nějakého mizerného QLC se 100 TBW vyplyva, ze mu vydrzi s prepisy tak 10 let.

    • Když v tom nasu budete mít Emby nebo Plex, nebo DVBmediaserver.. tak ty programy budou furt transkodovat streamy, podle toho z čeho se na to díváte.. kam to streamujete.. a to SSD hoří jak papír.. přeháním, ale .. nesmrtelné tedy opravdu nejsou.. MEdia faily mám někde, databázi jinde a hlavně na transkoding vyhražené SSD.
      No pokud má ssd sloužit v pc na prohlížení webu.. tak asi nevadí.. jakmile tu elektroniku začnete používat intenzivně tak je to hned jinde.

  5. aktualne mam systemovy 256GB qlc od intelu (cca. rok a 4-5 mesiacov – este je v zaruke) a zostavaju mu 4% zivotnosti.
    za mna po tejto skusenosti qlc ako systemovy nikdy viac. povodna zostava mala samsung 9xx tlc a predaval som ju po troch rokoch rovnako intenzivneho pouzivania s vyse 70% vydrzou. pokial viem, bezi dodnes.

  6. Intel Optane DC P5800X – Kdo to přepisuje furt dokola tak honem dokud jsou.. cca 1000 babek
    A není to drahý.. ta 845 DC pro měla nová před mnoha lety cenu 480USD.. Jenže tehdejších..USD..
    Ten Optane není reálně dražší..