Vše, co jste kdy chtěli vědět o NVMe SSD (a nebáli se zeptat) | Kapitola 4
Seznam kapitol
Už dlouho se v diskusi pod testy SSD disků množí dotazy, jak a co funguje. Rozhodl jsem se tedy nejčastější dotazy zodpovědět v samostatném článku. Porovnáme rychlosti dle počtu PCIe linek, objasníme TRIM a podíváme se na jednotlivé způsoby implementace SLC cache a jejich výhody a nevýhody.
Jak funguje paměťová NAND buňka
Než si zopakujeme, co dělá SLC cache, připomeňme si úplný základ ohledně používaných NAND čipů. Dole vidíte notoricky známý obrázek od Micronu se základními druhy buněk. Vidíme čtyři druhy paměťových buněk. SLC je sestavená z jednoho tranzistoru, který podle toho zda je otevřený nebo zavřený reprezentuje 1 Bit informace (0 nebo 1). MLC buňka nese tranzistory dva, dokáže uchovat dva Bity. TLC a 3D TLC buňky jsou sestavené ze tří tranzistorů a dokáží uchovat 3 Bity dat. Poslední QLC dokáže uchovat 4 Bity informace. Málokdo si ale z tohoto obrázku dokáže představit co za uchováním Bitů je ve skutečnosti. Řekněme si to maximálně zjednodušeně.
Pokud chceme zapsat data do SLC buňky potřebujeme dva zápisy. První je Erase, vymazání stavu celé Buňky (přepis na 0) a druhý pak zápis stavu 0 nebo 1. Buňka vydrží až 100 000 přepisů. Navíc je čtení i zápis jednoduchý a rychlý, tranzistor má jen dva stavy, je zavřený nebo otevřený.
U MLC je to významně složitější. Už nestačí jen otevřít a zavřít tranzistory, jednotlivé stavy buňky (00, 01, 11, 10) reprezentují různé stavy napětí na kontrolním Gate každého tranzistoru. Při zápisu do MLC buňky jde první opět Erase, který vymaže stav celé buňky. Pak následují dva zápisy (Program=Pgm) do každého tranzistoru. Jedna buňka je tedy přepsána třikrát. Životnost se udává na 10 000 přepisů.
U (3D) TLC je to stejné jako u MLC, opět jen znásobené. Během zápisu je buňka přepsána čtyřikrát, čímž se životnost snižuje na 3000 přepisů. Tento údaj uvádí na webu i výrobci disků jako Adata a další, tedy je zřejmě reálný. Zápis a čtení je výrazně složitější, hlavně zápis je extrémně pomalý. V případě TLC je možné do buňky zapsat osm různých kombinací napětí pro všechny Bitové stavy.
U buněk QLC je situace stejná jako u předchozích multi-level NAND buněk. Jen počet přepisu se snížil na 1000. Řadič má také šestnáct různých možností, které udávají stavy všech tranzistorů. Zápis je extrémně pomalý, výdrž buněk slabá, je ale možné vyrábět méně nákladně velké kapacity disků. Jak ale eliminovat pomalý zápis TLC/QLC, který by disk výrazně brzdil? Řešení je SLC cache.
Komentáře naleznete na konci poslední kapitoly.
