Toshiba chystá speciální rychlou NAND proti Optane: XL-Flash přinese zpět záznam SLC

10

Během posledních pár let se výrobci SSD a pamětí NAND přeorientovávali na levnější paměti TLC NAND, a to dokonce i v serverech, kde se jejich nasazení ještě celkem nedávno zdálo absurdní. Dokonce i SSD s pamětí MLC už mizí. Ovšem tato všudypřítomná orientace na cenu zdá se zase projde obratem. Paměti 3D XPoint od Intelu přinesly na trh výkonnější řešení a vypadá to, že teď naopak přinutí i výrobce NAND vrátit se k čipům s vyšší cenou, ale také výkonem. Samsung už má na trhu tzv. Z-NAND a na ní založené Z-SSD, a to, že nešlo o ojedinělou epizodu, teď dokládá i Toshiba. Také ta nyní uvede na trh svou alternativu v podobě na rychlost uzpůsobené speciální NAND, v jejím podání nazvané XL-Flash.

 

Poptávka po vyšším výkonu vzkřísila SLC paměti

Paměti XL-Flash byly představené na letošním Flash Memory Summitu, kde bylo v posledních dnech odhaleno nebo ohlášeno mnoho novinek ze světa SSD. Zatímco kolem Z-SSD bylo ze začátku poněkud nejasno, Toshiba hned prozradila, o co jde. XL-Flash je vlastně SLC verze aktuální technologie vrstvených pamětí 3D NAND. Dříve by tak možná nedostala žádné speciální jméno, ovšem tím, jak se SLC paměti kvůli ceně z trhu vytratily, je jejich návrat dostatečnou záminkou pro novou zvláštní značku.

Obětování záznamu více bitů do jedné buňky (MLC/TLC/QLC zápis) značně zredukuje kapacitu, ovšem to příliš nevadí, protože konkurenční Optane SSD jsou také menších kapacit a výrobně poměrně drahé. Zápis a čtení SLC ale díky jen dvěma úrovním napětí mohou probíhat mnohem rychleji než u dnes běžných „multi-bit“ pamětí NAND. XL-Flash se proto díky SLC režimu bude schopná zčásti přiblížit k výkonu paměti 3D XPoint. A SSD s touto pamětí také budou mít lepší výdrž.

Slajd k paměti XL-Flash od Toshiby, Flash Memory Summit 2018 (Zdroj: Tom's Hardware)
Slajd k paměti XL-Flash od Toshiby, Flash Memory Summit 2018 (Zdroj: Tom’s Hardware)

XL-Flash nicméně asi nemusí být SLC NAND v pravém smyslu jako dříve. Je možné, že používaný by mohl být běžný křemík jinak schopný i záznamů TLC/QLC, ale programovaný a čtený čistě jen v SLC režimu. To je dnes běžně používáno pro zapisovací pseudo-SLC cache disků SSD. Ale v tomto případě by byl v režimu SLC – kdy je v buňce uložen jediný bit a je třeba rozlišovat jen dvě úrovně napětí – provozování čip úplně celý a zcela permanentně. Zda je XL-Flash realizována takto, nebo je vyráběna jako speciální křemík, zatím není úplně jasné. Pro druhou možnost by mluvila informace, že Toshiba u ní prý používá více nezávislých regionů (pro větší paralelismus) a kratší vodiče v matrici pro volbu sloupce a řádku (pro vyšší výkon).

XL-Flash má údajně pro naprogramování (zápis prázdné buňky) potřebovat jen 7 μs (mikrosekund), zatímco nejnovější QLC například potřebuje 30 μs. Podobně jako Z-NAND Samsungu tedy XL Flash bude mít lepší latenci. V jiném kontextu zase Toshiba slíbila latenci čtení představující jen desetinu času potřebného pro TLC NAND. Obecně by zařízení s touto pamětí mělo mít také podstatně lepší výkon v IOPS a zřejmě také v sekvenčních rychlostech, které jsou ale většinou limitované rozhraním. Výkon by se také měl obzvláště zlepšit v problematických situacích – při krátkých frontách příkazů, pod vysokou zátěží, při mixu čtení a zápisů.

Toshiba zatím neoznámila SSD, která by byla postavena čistě z SLC pamětí XL-Flash. První úložiště s touto technologií mají údajně XL-Flash používat jen z části, jako rychlou cache. Má jít o disky či pole s QLC NAND, kde by výkonnější cache na bázi XL-Flash kompenzovala nižší výkon. Podle Toshiby taková kombinace mohla být výkonnější náhradou za kombinaci pevných disků a cachování v RAM. Nicméně po výkonnějších nevolatilních pamětech a SSD je zdá se poptávka, takže eventuálně by Toshiba asi mohla XL-Flash přenést i do jiných produktů a možná by se s ní dokonce mohla objevit výkonná highendová SSD pro osobní počítače. 3D XPoint a Optane SSD zřejmě tuto oblast rozvířily a výkon na úkor kapacity/ceny se opět stal atraktivní.

Slajd k paměti XL-Flash od Toshiby, Flash Memory Summit 2018 (Zdroj: Tom's Hardware)
Slajd k paměti XL-Flash od Toshiby, Flash Memory Summit 2018 (Zdroj: Tom’s Hardware)

V budoucnu možná i MLC

Ačkoliv je první generace XL-Flash založená na zápisu SLC, nemusí to tak být navždy. Toshiba uvádí, že už studuje, zda by se kromě SLC nedalo podobně dobrých výsledků dosáhnout i se záznamem MLC (tedy dvěma bity na buňku/čtyřmi hodnotami napětí). To jde sice zase nazpět proti prvotní koncepci této technologie, ale pokud by se podařilo čipy vyladit na slušný výkon, mohlo by jít o dobrý kompromis. MLC totiž zvyšuje kapacitu stejné plochy křemíku dvojnásobně. I Samsung zdá se počítá s tím, že by se jeho speciální Flash Z-NAND mohla zpětně vrátit k MLC záznamu a ostatně je to výhledově možné i u pamětí 3D XPoint, takže zde možná budeme takovou cestu tam a zase zpátky.

Toshiba chystá speciální rychlou NAND proti Optane: XL-Flash přinese zpět záznam SLC

Ohodnoťte tento článek!
5 (100%) 8 hlas/ů

10 KOMENTÁŘE

    • A k čemu by vám bylo, kdyby to fungovalo 20 či 30 let?
      Před 22 lety jsem si za 10 tisíc korun koupil HDD 3,5 GB. Máte pocit, že bych měl řešit, jestli je nebo není funkční?
      Nebo tu mám 64 MB flashku, asi 16 let starou, co má zcela jistě SLC buňky. Vy byste možná ocenil, že ještě funguje, ale mně je to v podstatě ukradené, protože funkční i nefunkční má pro mě stejnou cenu, tedy skoro žádnou. Mám ji spíš na památku.
      To s tou vaší hustotou nechápu. Myslíte hustotu tranzistorů?

    • Pletete se určitě a zjevně ani nechápete rozdíly mezi SLC, MLC etc. a nechápete zjevně ani princip morálního zastarání hardwaru.

      V jednoduchosti. SLC, MLC, TLC i QLC mají pokud jde o fyzické rozměry buňky srovnatelné. Rozdíl je především v tom, že zatím co SLC buňky zvládnou zaznamenat dvě různé úrovně napětí (typicky vybito/nabito), které reprezentují jeden bit nabívající hodnoty 0 nebo 1, tak u MLC buněk jedna buňka zvládne zaznamenat čtyři různé úrovně napětí. Už tedy musí rozlišit nejen nabito vs. vybito, ale i něco mezi, čímž zaznamená jedna buňka 2 bity. U TLC a QLC roste počet hodnot na buňku exponenciálně. Tedy TLC uloží 8 hodnot (3 bity) na buňku a QLC uloží 16 hodnot (4 bity) na buňku. To samozřejmě znamená i 2x (MLC), 3x (TLC) nebo 4x (QLC) častější manipulaci s každou buňkou. V důsledku tedy roste množství dat, které můžete uložit na stejnou plochu, roste ale i náročnost zápisu i čtení, kvůli čemuž klesá rychlost zpracování čtení/zápisu, samozřejmě klesají výrobní náklady a cena, protože pro vytvoření 1GB uložiště vám stačí polovina/třetina/čtvrtina buněk a taky klesá životnost. Ale vzhledem k tomu že i u TLC SSD disků se podle zkušeností zjevně bavíme o životnosti v domácím použití řádově 5 let (možná i víc) a vzhledem k tomu že za posledních 5 let klesla cena SSD asi tak na čtvrtinu a zároveň nejen díky NVMe rostou i rychlosti čtení a zápisu, tak stejně po pěti letech je průměrný SSD morálně zastaralý. Já třeba kupoval do domácího PC před cca pěti lety 128 GB SSD za cenu přes 4tis. a i když je do teď plně funkční, loni jsem si koupil 500 GB SSD za cenu kolem 5tis.

      MLC, TLC a QLC má rozhodně všechno společné s hustotou záznamu, což jako koncový zákazník v domácnosti oceníte nejvíc, protože za stejnou cenu si můžete koupit výrazně větší SSD, nebo stejně velké SSD za zlomek ceny. Zároveň díky tomuto vývoji ani vy jako zákazník nepotřebujete aby SSD fungovalo 20 až 30 let, protože za 5 let bude morálně zastaralý a zralý na výměnu. Navíc za 20 let stejně nebudete mít současný počítač, protože vám umře základní deska a budete muset upgradovat na novější generaci, která už za těch 20 let pravděpodobně ani nebude mít SATA konektor. Pokud si dneska koupíte nový notebook kolem 20-25tis., často v něm už je M.2 disk a 2,5″ SSD nejspíš za pár let nebudete mít kam v notebooku dát kvůli tloušťce notebooku. Mimochodem i ty „extrémně spolehlivé“ HDD mají průměrnou životnost cca 5 let. A pokud neselže po té době řídící elektronika a ani se na něm neobjeví vadné sektory, garantuji vám, že se u něj opotřebením sníží rychlost čtení a zápisu tak, že stejně budete muset koupit nový disk. 😉

      A pokud chcete nějaké relevantní informace k tomuto tématu, tohle bude vhodnější článek než ty na které se odkazujete: https://www.dps-az.cz/soucastky/id:53616/neni-nand-jako-nand

  1. Ta že to nepotřebujete Vy to chápu ale že budete obhajovat nízkou životnot zařízení tak to mě hlava nebere, myslím že nejsem sám kdo by to potřeboval.
    „To s tou vaší hustotou nechápu. Myslíte hustotu tranzistorů?“
    V podstatě asi ano (nikde jsem to nedohledal) počet buněk pro jednotku informace bude stejný at je to buňka SLC, MLC, TLC nebo QLC

    • Nižší životnost přináší výrazně nižší cenu. A tu já ocením daleko víc, než nějakou životnost. Ta životnost je totiž i u těch moderních disků při běžném užívání výrazně delší, než je doba, kdy má člověk ten disk v počítači.
      Takže vám vadí, že disk má sice větší kapacitu, ale stejně paměťových buněk? Já myslel, že disk se kupuje kvůli kapacitě a ne kvůli počtu buněk. Představte si to jako papír a třeba oslí kůži. Oboje bude mít formát A4. Na ten papír dokážete zapsat daleko víc informací jednoduše proto, že dokážete použít menší písmo. Na tu oslí kůži nedokážete psát tak drobně a tak se tam tolik informací nevejde. A přitom počet cm2 plochy je stejný.

        • počty jsou jednoduché – uvádí se, že výrobní cena za megabyte je v případě MLC 3x levnější než u SLC a v případě TLC 5x levnější.
          Takže za cenu jednoho SLC disku můžeš mít 3 MLC, nebo 5 TLC (či jeden s 3x, respektive 5x větší kapacitou).

        • Pochopil jste to špatně. Ty buňky jsou cca stejně velké (2D rozměr), ale mají různě velkou kapacitu. MLC 2x větší, TLC 3x větší a QLC 4x větší. Cenově to vychází ještě jinak, protože postupem času se vrství čím dál víc buňek na sebe. A čím víc vrstev, tím větší kapacita v jednom čipu a tím méně pouzder je potřeba, takže tam dochází k nějaké úspoře.
          A pro vaši informaci, tohle není rozhovor. Já vám vysvětluju to, co vy nechápete.