Флэш-память ПЛК: следующее поколение или мираж?

stock.adobe.com

Производители систем хранения данных постоянно работают над повышением емкости и сокращением затрат. Нигде это не проявляется так явно, как в случае флэш-накопителей, емкость которых выросла с гигабайт до 20 ТБ и более. Производительность намного превосходит возможности вращающегося диска, а стоимость за ГБ вскоре может превзойти HDD.

Флэш-память пятиуровневого уровня (PLC) — это последнее поколение твердотельных накопителей, основанное на технологии 3D NAND. Для хранения данных он использует пять бит на ячейку, что обещает большие объемы на одном чипе и, как надеются производители, более низкую стоимость за ГБ.

Однако использование флэш-памяти ПЛК означает принятие ряда компромиссов. К ним относятся снижение долговечности, более сложные контроллеры и, как следствие, более низкая производительность. Это, вероятно, ограничит возможности использования флэш-памяти ПЛК, особенно в первые годы ее существования.

В самом раннем поколении флэш-памяти NAND использовалась технология одноуровневых ячеек (SLC). Этот носитель, который сейчас в значительной степени устарел, мог хранить только одно состояние — 0 или 1 — на ячейку. Затем отрасль разработала многоуровневую клеточную память, которая могла хранить четыре состояния или результаты переключения.

Трехуровневые ячейки (TLC) увеличили количество переключателей напряжения до семи. QLC с четырьмя битами на ячейку имеет 16 состояний или 15 переключателей. На данный момент это хранилище NAND самой большой емкости.

В настоящее время твердотельные накопители QLC емкостью 30 ТБ широко доступны у поставщиков систем хранения данных, в то время как некоторые производители, такие как Pure Storage, поставляют собственные накопители емкостью 48 ТБ.

Благодаря этому емкость флэш-памяти превосходит даже самые большие традиционные жесткие диски, а флэш-память ПЛК может значительно увеличить емкость. Алекс МакМаллен, международный технический директор Pure, прогнозирует, что «в ближайшие 10 лет» появятся системы емкостью 300 ТБ.

Развитие флэш-памяти ПЛК (и QLC) было обусловлено усовершенствованием контроллеров хранения и программного обеспечения, которое управляет меньшим напряжением, используемым для записи данных.

Поскольку 3D NAND стала нормой в архитектуре микросхем, производители добавили уровни, не уменьшая размеры вентилей, что сделало QLC практичным предложением и открыло путь к флэш-памяти ПЛК.

Тем не менее, переход на флэш-память ПЛК большей емкости создает проблемы; Главным из них является количество уровней напряжения в чипе.

Флэш-накопитель ПЛК с пятью битами на ячейку поддерживает 32 уровня напряжения, поэтому разница между напряжениями очень мала. Это затрудняет точное чтение контроллером, делает хранилище потенциально менее стабильным и может повлиять на ввод-вывод, поскольку контроллерам и программному обеспечению для исправления ошибок приходится работать усерднее.

«Максимальное увеличение битовой плотности при переходе от QLC к PLC составит 20%, но это повлечет за собой гораздо большее бремя затрат в связи с ожидаемой сложностью, более низкой производительностью и хрупкостью среды», — говорит МакМаллен из Pure.

При использовании QLC разница между уровнями заряда составляет около 6%, а при использовании PLC она падает до 3%. Это требует гораздо более мощного исправления ошибок, чем, например, MLC или TLC flash.

«У ПЛК больше битов в одной и той же области кремния, поэтому он должен иметь более высокую емкость, но [за счет] надежности и сохранности данных», — говорит Джозеф Ансворт, вице-президент по новым технологиям и тенденциям, флэш-памяти NAND, SSD и SSA. в Гартнере. «Мы не знаем плотность или емкость NAND, потому что сегодня на рынке нет коммерчески доступных продуктов».

Разработчикам микросхем также придется обеспечить большую избыточность. Уже сейчас производители других типов вспышек добавляют к модулям дополнительную емкость, чтобы покрыть изнашивающиеся элементы. Эти накладные расходы, вероятно, будут выше при использовании ПЛК.

Пока еще нет опубликованных показателей ввода-вывода для флэш-памяти ПЛК, поскольку производители еще не выпустили образцы, но поставщики систем хранения ожидают снижения производительности – и тогда возникают вопросы о том, как долго прослужит флэш-память ПЛК.

«Penta будет менее долговечной. Такова неоспоримая механика. Поскольку разница между каждым уровнем заряда становится меньше, вам придется программировать более тщательно, поэтому она работает медленнее», — говорит МакМаллен из Pure.