Disques SSD avec mémoires TLC vs MLC

Le premier a été l'augmentation brutale de la production et la concurrence entre fabricants, qui ont fait baisser les prix. En plus de géants comme Samsung et Toshiba, même Intel et AMD ont investi de grosses sommes d'argent dans la fabrication de mémoire flash.

La seconde a été l'introduction de la technologie MLC (Multi-Level Cell), où chaque cellule a stocké deux bits au lieu d'un seul. Cela a été possible grâce à l'utilisation de tensions intermédiaires. La technologie MLC a été mise en œuvre plus ou moins simultanément par divers fabricants et a réduit de moitié le coût par mégaoctet, mais elle a plutôt abouti à des puces de mémoire flash avec des performances inférieures et se dégradant plus rapidement..

Aujourd'hui, les puces MLC sont celles utilisées dans la grande majorité des clés USB, des cartes mémoire et des SSD. Les puces traditionnelles, qui stockent un bit par cellule, sont appelées «SLC» (Cellule à niveau unique) et sont produites dans le but de servir le marché des disques SSD hautes performances (en particulier les modèles destinés aux marché des serveurs). Bien que beaucoup plus chers, ils offrent de meilleures performances et sont plus durables.

À l'autre extrême, nous avons des unités équipées de puces TLC, qui stockent trois bits par cellule, plutôt que deux comme les MLC, et réduisent donc le coût de fabrication par gigaoctet de plus de 33%. D'un autre côté, l'utilisation de tensions plus intermédiaires se traduit par des puces qui se dégradent plus rapidement que les MLC.

Différences entre MLC et TLC

En vérité, il n'y a aucune différence physique entre les cellules d'une puce MLC et TLC. Dans les deux cas, la technique de production est quasiment la même mais il y a des différences entre elles… mais aussi la façon dont la puce est programmée. Ce qui rend les puces MLC et TLC moins chères que les SLC est une simple question d'arithmétique: une puce NAND de 16 gigaoctets peut donner lieu à une puce SLC de 16 gigaoctets, une puce MLC de 32 gigaoctets ou une puce TLC de 48 gigaoctets.

En supposant que le coût total de la puce est de 24 $, nous aurions un coût par gigaoctet de 0, 75 $ sur le MLC et seulement 0, 50 $ sur l'ALE. Si vous êtes un fabricant intéressé à vendre des SSD de grande capacité à bas prix, il serait évident laquelle des deux options serait la plus attrayante pour vous.

Le gros problème n'est pas seulement la durabilité, mais aussi les performances des puces elles - mêmes, qui diminuent avec l'utilisation de plus de bits. Une opération de lecture qui prend 50 µs sur une puce MLC prendra 100 µs ou plus sur une puce TLC.

Dans le même temps, une opération d'écriture qui prend 900 µs ou plus sur une puce MLC prend plus de 2000 µs sur le TLC, entraînant des baisses proportionnelles aux vitesses de lecture et d'écriture des lecteurs.

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Le plus gros problème, cependant, est la durabilité. La durée de vie des puces MLC n'est que de 10 000 cycles dans le 50 nm, tandis que dans les puces TLC, la durée de vie est de 2 500 opérations dans le 50 nm.

Même avec l'utilisation de secteurs et d'autres techniques utilisées par les pilotes actuels pour prolonger la durée de vie des disques, un SSD de 128 Go basé sur des puces TLC de 25 nm ne transportera que 96 To d'enregistrements tout au long de sa durée de vie, limitant son utilisation beaucoup. À titre de comparaison, un disque de 128 Go basé sur des puces MLC de 34 nm transportera 640 To sur le disque.

Un disque MLC aurait une durée de vie relativement faible, mais tout de même acceptable si l'on considère les grands avantages que la mémoire flash offre dans d'autres domaines. Le lecteur TLC, cependant, aurait une utilisation limitée et dans de nombreuses situations d'utilisation pourrait être épuisé après plusieurs années. Je veux dire, ils ne sont pas mauvais, d'accord? Mais ils sont de moins bonne qualité.

Un SSD avec mémoire TLC convient parfaitement à un utilisateur normal. Mais un MLC a une qualité supérieure, et ils sont présents dans le haut de gamme des fabricants.

De nombreux fabricants ont pu compenser cette baisse des performances et de la fiabilité de la mémoire flash avec de meilleurs pilotes et l'utilisation d'un pourcentage plus élevé de SSD, mais cela ne remet pas en cause la question centrale selon laquelle les fabricants produisent des puces de mémoire flash pires. à chaque nouvelle génération, ne progressant que par rapport au coût.

Cellule à plusieurs niveaux (MLC)

Le MLC est le standard utilisé par la plupart des disques SSD aujourd'hui. L'acronyme signifie Multi-Level Cell et est utilisé pour décrire les mémoires flash NAND qui ont la capacité de stocker 2 bits de données par cellule.

TLC est une évolution de cette technologie, et permet de stocker 3 bits de données par cellule, tandis que la cellule à niveau unique (SLC) ne stocke qu'un seul bit de données pour chaque cellule. Chacun a ses avantages et ses inconvénients, que nous verrons ensuite.

Le type MLC est assez courant aujourd'hui et consiste en un processus qui utilise des tensions différenciées pour faire en sorte qu'une cellule de mémoire stocke deux bits (en théorie, il est possible de la faire stocker plus) au lieu d'un seul, comme dans le SLC.

Grâce à la technologie MLC, les coûts des périphériques de stockage flash ont diminué, augmentant même l'offre de produits tels que les clés USB et les smartphones à des prix plus abordables.

Cellule à trois niveaux (TLC)

Le nom lui-même l'indique: le type TLC stocke trois bits par cellule, donc le volume de données qui peut être stocké dans l'unité augmente considérablement. Il s'agit de la norme la plus récente que nous ayons sur le marché.

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Cependant, les performances sont également inférieures par rapport à la technologie MLC, après tout, nous obtenons huit valeurs possibles avec trois bits, c'est pourquoi il existe une plus grande variété de tensions: 000, 001, 010, 011, 100, 101, 110 et 111.

Ici, le principal avantage est l'augmentation de l'espace de stockage, car les mémoires TLC sont généralement plus lentes que les puces MLC, qui, à leur tour, ont moins de performances que la technologie SLC.

Même ainsi, les mémoires TLC et MLC sont plus rapides que les disques durs, c'est pourquoi leur utilisation est possible dans la plupart des applications: dans de nombreuses situations, il ne compense pas d'avoir un SSD assez rapide, mais il n'offre pas une capacité de suffisamment de stockage.

Quels sont les avantages et les inconvénients?

Le grand avantage des disques SSD avec technologie TLC réside dans leur prix le plus bas. En effet, les disques dotés de la technologie sont plus denses et stockent davantage de données avec la même quantité d'espace. En d'autres termes, ils finissent par avoir une rentabilité plus élevée. Mais cela, comme tout dans la vie, a un prix.

Les disques SSD avec la technologie TLC finissent par ne pas être aussi rapides ou aussi durables que les modèles MLC. Par conséquent, ils ne sont pas indiqués pour un usage professionnel.

En effet, les disques SSD TLC sont mieux adaptés aux utilisateurs à domicile. Pour ces types d'utilisateurs, il n'y a pas de différence de performance notable, du moins dans la grande majorité des cas.

Combien de cycles d'enregistrement prenez-vous en charge sans perdre votre capacité à stocker des données?

Il est clair que le nombre de cycles d'écriture pris en charge par une cellule affecte sa durée de vie utile. Mais heureusement, ce n'est pas le seul facteur. Il en existe deux autres d'une grande importance: la fréquence à laquelle la valeur contenue dans la cellule est modifiée (la fréquence à laquelle elle est lue n'a aucune influence sur la durée de vie) et la capacité de l'unité de stockage de masse (dans notre cas, à partir du SSD ou du périphérique SSD) dans lequel il est installé.

L'importance de la fréquence des opérations d'enregistrement est évidente: la fréquence des opérations d'écriture dans une cellule qui prend en charge dix mille cycles d'écriture d'une unité peu utilisée ou qui stocke des données statiques est faible. Cette cellule durera donc beaucoup plus longtemps que l'autre, installée dans un lecteur qui est utilisé pour stocker des données dynamiques dont les valeurs changent souvent et doivent être réécrites à tout moment.

Tout aussi important que la banque de mémoire où les données sont stockées sur un SSD est le contrôleur qu'il contient, qui fonctionne comme une interface entre le disque SSD et l'ordinateur. C'est le contrôleur qui décide dans quelles cellules les données seront stockées.

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Au cours de ces dernières années où les SSD se sont répandus, les algorithmes qui déterminent ce que seront ces cellules ont été perfectionnés. Les contrôleurs plus récents cherchent à répartir les opérations de lecture des cellules disponibles sur les SSD de manière aussi homogène que possible, empêchant certaines cellules de recevoir beaucoup plus d'opérations d'écriture que d'autres.

Au début de l'utilisation des disques SSD, les disques étaient de capacité relativement petite. Les disques 1 To sont facilement disponibles aujourd'hui. Eh bien, si le nombre total de cellules dans lesquelles les opérations d'écriture peuvent être réparties est fortement augmenté, la fréquence avec laquelle chaque cellule est écrasée est réduite en proportion directe de cette augmentation.

D'où l'importance de la capacité du SSD en termes de longévité. Mais tout de même, les appareils basés sur MLC ont une durée de vie beaucoup plus courte que ceux basés sur SLC.

Une autre différence importante est la vitesse à laquelle les opérations d'écriture sont effectuées. Bien que cette fois, les opérations de lecture n'interfèrent pas. Après tout, pour mesurer une tension, il suffit d'appliquer un capteur aux points où il y a une différence de potentiel électrique. Mais dans le cas de l'écriture, la chose est différente.

Ce type de cellule mémoire, comme on peut le voir, peut stocker huit valeurs différentes (000 ₂ = 010 à 1112 = 710). La simple observation suffit pour montrer que "l'écriture" d'une valeur (réglage du niveau de tension) est beaucoup plus compliquée (et donc plus lente) lorsque le nombre de valeurs possibles augmente. Et, en augmentant la plage de tension, la consommation d'énergie augmente.

Problème de température

Jusqu'à récemment, les modules de mémoire dissipaient la chaleur, mais cela n'a jamais été un problème. Cependant, en ce qui concerne la mémoire flash à plusieurs niveaux, c'est différent.

Après tout, ils fonctionnent à des fréquences élevées et utilisent des tensions relativement élevées, deux facteurs importants en matière de dissipation thermique, et donc d'augmentation de la température des puces.

Ceci est particulièrement délicat en ce qui concerne les mémoires MLC, où le nombre de seuils de tensions internes qui identifient la valeur stockée est supérieur.

En effet, des températures trop élevées peuvent interférer avec ces seuils, ce qui modifie la valeur stockée et compromet complètement la fiabilité de la mémoire.

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Il en résulte qu'il n'est absolument pas conseillé de maintenir les bases de ce type de mémoire à des températures de fonctionnement très élevées. Pour cette raison, certains appareils (par exemple, certains SSD Samsung) ont des capteurs de température qui ralentissent simplement les écritures (les lectures, comme toujours, ont peu d'effet sur la dissipation de chaleur) dans les cas où les températures supérieures 70 degrés Celsius et ne reviennent à un fonctionnement normal que lorsque les banques refroidissent en dessous de cette valeur limite.

Les mémoires à niveau unique (SLC) sont beaucoup plus tolérantes aux températures élevées. En effet, parce qu'elle ne peut prendre qu'un seul des deux états, la tolérance est beaucoup plus élevée que la température modifiant légèrement le seuil de tension, de sorte que la valeur stockée ne change pas.

Ainsi, les SSD monocellulaires, plus chers mais résistants à des températures plus élevées, sont classés comme "industriels", tandis que les MLC, qui doivent fonctionner dans une plage de température inférieure, sont classés comme "commerciaux".

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conclusion

Le MLC a une durée de vie utile plus longue que le TLC, car il est plus facile de distinguer les 4 états de tension possibles que les 8 qui ont une marge d'erreur plus petite. C'est aussi pourquoi un SSD TLC est moins cher et nous le trouvons dans les SSD de gamme basse et moyenne.

Nous savons maintenant que les SSD basés sur la mémoire MLC sont plus chers que les TLC, résistent à une densité de données inférieure, sont plus rapides et peuvent résister à des températures plus élevées, avec une durée de vie plus longue et consomment moins d'énergie. Que pensez-vous de tout? Vous nous dites déjà vos impressions, après avoir lu l'article!