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Los SSD están en camino de crecer y ser más baratos gracias a la tecnología PLC

Se acerca el almacenamiento de cinco bits en cada celda NAND, cortesía de Intel y Toshiba.

El miércoles, Intel anunció que se unirá a Toshiba en el club PLC (celda de nivel Penta, que significa 5 bits almacenados por celda NAND individual). Intel aún no ha comercializado la tecnología, por lo que aún no puede comprar un SSD PLC, pero podemos esperar que la tecnología conduzca eventualmente a unidades de estado sólido más baratas y de mayor capacidad.

Para comprender cómo y por qué funciona esto, debemos repasar un poco del historial de diseño de SSD. Una de las características arquitectónicas más básicas de un disco de estado sólido es cuántos bits se pueden almacenar en cada celda NAND individual. El diseño más simple y robusto es SLC (Celda de capa única) en el que cada celda NAND de puerta flotante está cargada o no, representando un flash de 1 o 0. Se puede escribir un flash SLC a muy alta velocidad y generalmente sobrevive varias veces más escritura ciclos que los diseños más complejos pueden. (Los niveles de resistencia se especifican por unidad, pero National Instruments utiliza 100K, 20K y 3K como ejemplo de niveles de resistencia de ciclo de programa / borrado para unidades SLC, eMLC y MLC ).

Aunque el flash SLC es de alto rendimiento, alta resistencia y alta confiabilidad, también es extremadamente costoso de fabricar. Las unidades SSD no llegaron al mercado de consumo hasta que el flash MLC (celda de múltiples capas) estuvo ampliamente disponible. Naturalmente, siendo la industria del almacenamiento lo que es, confundieron las cosas desde aquí. Estos son los términos de la industria para los distintos niveles de almacenamiento NAND:

  1. SLC: celda de una sola capa. Un bit almacenado por celda. Por lo general, solo se encuentra en pequeñas capas de caché o SSD empresariales de alto rendimiento.
  2. MLC: celda de múltiples capas. En el mundo real, esto se refiere específicamente a dos bits por celda. Los ejemplos incluyen unidades de consumo tempranas como Intel X-25M y unidades modernas de alto rendimiento como Samsung 860 Pro.
  3. eMLC: Enterprise Multi Layer Cell. Esto es, efectivamente, solo MLC con velocidades de escritura aceleradas para reducir las tasas de error. Todavía solo dos bits almacenados por celda.
  4. TLC: celda de triple capa. Tres bits almacenados por celda. Las unidades de consumo más modernas, como Samsung 860 EVO y Western Digital Blue, son unidades TLC.
  5. QLC: celda de capa cuádruple. Cuatro bits almacenados por celda. Utilizado por algunos SSD de consumo de alta capacidad y bajo costo, como el 860 QVO de Samsung y el 660P de Intel.
  6. PLC: Penta Layer Cell, porque un acrónimo de «quíntuple» habría chocado con QLC de 4 bits. Cinco bits almacenados por celda. Esta es una nueva tecnología que Intel y Toshiba han presentado este trimestre.

Intel también se diferencia de la competencia al apegarse al diseño de celdas de compuerta flotante utilizado en los primeros dispositivos SLC, en lugar del diseño de trampa de carga menos costoso al que el resto de la industria ha cambiado. Para los investigadores casuales no está claro qué tecnología es realmente mejor  desde una perspectiva técnica, pero Intel argumenta que las puertas flotantes se pueden fabricar a una densidad más alta, lo que significa que puede empacar más células en la misma área física.

Desafortunadamente, si bien los SSD de PLC probablemente serán más grandes y más baratos, probablemente también sean más lentos. Los SSD modernos utilizan principalmente almacenamiento TLC con una pequeña capa de caché de escritura SLC. Mientras no escriba demasiados datos demasiado rápido, sus escrituras SSD parecerán tan rápido como sus lecturas, por ejemplo, las unidades de consumo de Samsung tienen una capacidad de hasta 520 MB / seg. Pero eso es solo mientras se mantenga dentro de la capa de caché SLC relativamente pequeña; una vez que haya llenado eso y deba escribir directamente a los medios principales en tiempo real, las cosas se ralentizan enormemente.

Samsung fabrica unidades de consumo y prosumidor ampliamente disponibles con densidades de células MLC, TLC y QLC, por lo que es útil ver sus velocidades nominales para tener una idea de cómo se desarrolla esto. Vale la pena señalar que estas especificaciones publicadas son para la unidad como un todo, no para celdas NAND individuales. Los SSD más grandes pueden usar más paralelismo y operar con un mayor rendimiento que los más pequeños. No hay Samsung QVO con una capacidad inferior a 1 TB, presumiblemente en parte porque tendría que ser aún más lento.

Modelo SSDNivel celularVelocidad de escritura secuencial de caché SLCVelocidad de escritura secuencial de medios
Samsung 860 Pro 512GB MLC n / A 530MB / seg
Samsung 860 EVO 512GB TLC520MB / seg 300 MB / seg
Samsung 860 QVO 1TB QLC520MB / seg 80MB / seg

No podemos decirle exactamente qué tan rápido serán (o no) los medios PLC, pero la progresión que vemos aquí no lo hace lucir genial. A medida que aumenta el número de niveles de voltaje distintos por celda que deben detectarse de manera confiable, el tiempo que lleva leer y escribir de manera precisa y confiable en esas celdas aumenta junto con él. Podemos ver esto reflejado especialmente bien en las especificaciones publicadas de Samsung para los tres modelos SSD que se muestran arriba: la unidad de la serie Pro no utiliza un caché SLC y, por lo tanto, las velocidades máximas de escritura son consistentes, sin importar cuán duro lo presiones. Por el contrario, el EVO y el QVO se caen por un precipicio una vez que agota el caché.

Con velocidades de escritura secuenciales en medios QLC que ya están disminuyendo ao por debajo de las de los discos duros convencionales, parece probable que el PLC sea un jugador nicho que competirá mucho más con las unidades NAS y de centro de datos que con las SSD de computadoras portátiles y de escritorio destinadas a un alto rendimiento. El rendimiento secuencial no lo es todo, por supuesto, y los medios PLC aún deberían ofrecer IOPS mucho más altos en las desafiantes cargas de trabajo de acceso aleatorio que los discos convencionales. Pero probablemente no sea una buena solución en nada que no sean unidades de capacidad realmente masiva, que pueden usar un mayor paralelismo (piense en «RAID0 invisible») para compensar las características invididualmente lentas de las celdas PLC.

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