Teknologi X-NAND Dijelaskan - Kapasitas QLC pada Kecepatan SLC

Bidang penyimpanan telah mengalami beberapa kemajuan pesat dalam dekade terakhir. Untuk waktu yang lama, hard drive adalah media penyimpanan utama dan satu-satunya yang digunakan di PC konsumen. Pada awal dekade sebelumnya, ada pengenalan revolusioner dari bentuk media penyimpanan baru yang dikenal sebagai Penyimpanan Solid State. Sekarang konsepnya sudah tidak asing lagi tetapi penerapannya di awal masih belum sempurna. Belum lagi biaya berbagai jenis solid-state drive sangat mahal jika dibandingkan dengan hard drive mekanis standar dan dengan demikian, hard drive masih menjadi media default untuk penyimpanan di PC konsumen.

Kemudian dalam dekade ini kemajuan dan kemajuan di bidang penyimpanan panggung yang kokoh dipercepat sepuluh kali lipat. Teknologi flash NAND yang lebih baru dibawa ke pasar, pengendali yang lebih cepat dan lebih efisien dibuat, jumlah mentah drive melonjak secara eksponensial, dan drive menjadi lebih murah dan lebih murah juga. Banyak dari perubahan ini harus dikaitkan pada tingkat tertentu dengan perkembangan dan kemajuan di bidang flash NAND. Berbagai jenis dan konfigurasi flash NAND memungkinkan produsen menurunkan biaya drive itu sendiri dengan tetap mempertahankan kapasitas besar dan kecepatan tinggi. Sebelum kita mengungkap rahasia X-NAND, kita harus merangkum apa sebenarnya NAND flash itu.

NAND

Seperti yang dijelaskan di panduan lanjutan kami untuk membeli SSD, NAND flash adalah jenis memori non-volatile yang tidak memerlukan daya untuk menyimpan data. NAND Flash menyimpan data sebagai blok dan mengandalkan sirkuit listrik untuk menyimpan data. Ketika tidak ada daya yang tersedia untuk memori flash, ia menggunakan semikonduktor oksida logam untuk memberikan muatan tambahan, sehingga menyimpan data.

Bentuk penyimpanan solid-state ini sering kali digabungkan dengan sesuatu yang disebut cache DRAM. Ini adalah media penyimpanan yang lebih cepat tetapi lebih kecil yang bekerja bersama-sama dengan flash NAND drive untuk memberikan kecepatan tinggi yang terkenal dengan SSD. Setiap kali sistem menginstruksikan SSD untuk mengambil beberapa data, drive perlu mengetahui di mana tepatnya data disimpan di dalam sel memori. Untuk alasan ini, drive menyimpan semacam "peta" yang secara aktif melacak di mana semua data disimpan secara fisik. "Peta" ini disimpan di Cache DRAM drive. Penting untuk dipahami bahwa flash NAND berfungsi paling baik saat dipasangkan dengan cache DRAM.

Jenis NAND

Karena X-NAND juga merupakan flash NAND jenis baru, pertama-tama kita perlu merekap jenis NAND Flash yang sudah ada di SSD saat ini.

• Sel Lapisan Tunggal (SLC):Ini adalah jenis memori flash pertama yang tersedia sebagai penyimpanan flash. Sesuai dengan namanya, ia menyimpan satu bit data per sel dan oleh karena itu sangat cepat dan tahan lama. Namun, di sisi lain, ini tidak terlalu padat dalam hal berapa banyak data yang dapat disimpan yang membuatnya sangat mahal. Saat ini, ini tidak umum digunakan di SSD arus utama dan terbatas pada drive perusahaan yang sangat cepat atau cache dalam jumlah kecil.
• Sel Multi-Layer (MLC):Meski lebih lambat, MLC memberikan pilihan untuk menyimpan lebih banyak data dengan harga lebih rendah daripada SLC. Banyak dari drive ini memiliki cache SLC dalam jumlah kecil (dinamai teknik cache SLC) untuk meningkatkan kecepatan di mana cache bertindak sebagai buffer tulis. Saat ini MLC juga telah digantikan oleh TLC di sebagian besar hard disk konsumen, dan standar MLC telah dibatasi untuk solusi perusahaan.
• Sel Tiga Tingkat (TLC):TLC masih sangat umum di SSD arus utama saat ini. Meskipun lebih lambat dari MLC, ini memungkinkan kapasitas yang lebih tinggi dengan harga yang lebih murah karena kemampuannya untuk menulis lebih banyak data ke satu sel. Sebagian besar drive TLC menggunakan semacam cache SLC yang meningkatkan kinerja. Dengan tidak adanya cache, TLC drive tidak lebih cepat dari hard drive tradisional. Untuk konsumen normal, drive ini menawarkan nilai yang baik dan keseimbangan yang baik antara kinerja dan harga. Pengguna profesional dan prosumer harus mempertimbangkan drive MLC tingkat perusahaan untuk kinerja yang lebih baik jika mereka mau.
• Sel Quad-Level (QLC):Ini adalah teknologi penyimpanan tingkat berikutnya yang menjanjikan kapasitas lebih tinggi dengan harga yang lebih murah. Ini juga menggunakan teknik caching untuk memberikan kecepatan yang baik. Daya tahan bisa sedikit lebih rendah dengan drive yang menggunakan QLC NAND, dan kinerja tulis yang berkelanjutan bisa menjadi lebih rendah setelah cache terisi. Namun, itu harus memperkenalkan drive yang lebih luas dengan harga terjangkau.

Ini adalah bentuk NAND Flash saat ini yang saat ini ada di SSD saat ini. Karena pabrikan selalu berinovasi dan meningkatkan desain ini untuk meningkatkan kinerja dan, yang lebih penting, memangkas biaya, kami juga melihat pengenalan sesuatu yang dikenal sebagai 3D NAND di SSD.

Seperti yang telah dibahas sebelumnya, 2D atau Planar NAND hanya memiliki satu lapisan sel memori, sedangkan 3D NAND melapisi sel di atas satu sama lain secara bertumpuk. Pembuat drive sekarang melapisi lebih banyak tumpukan di atas satu sama lain yang mengarah ke drive yang lebih padat, lebih luas, dan lebih murah. Saat ini, Lapisan NAND 3D telah menjadi sangat umum, dan sebagian besar SSD arus utama menggunakan teknik ini. Drive ini lebih murah daripada rekan planar mereka karena lebih murah untuk membuat paket flash yang lebih padat dan bertumpuk dibandingkan dengan yang 2D. Samsung menyebut implementasi ini "V-NAND" sementara Toshiba menamakannya "BISC-Flash".

Teknik ini juga memungkinkan produsen hard disk untuk memproduksi SSD dengan kapasitas lebih tinggi dengan harga lebih rendah dalam volume besar.

Apa itu X-NAND

X-NAND secara teoritis merupakan kombinasi dari hal-hal terbaik tentang SLC dan QLC. Pada intinya, konsep ini mencoba menghadirkan yang terbaik dari kedua dunia di satu tempat dan itulah yang dibutuhkan untuk mendorong segmen teknologi NAND Flash ke depan.

Arsitektur X-NAND dipresentasikan oleh CEO NEO Semiconductor pada Flash memory Summit tahun 2021. Arsitektur baru ini menjanjikan untuk menggabungkan kecepatan SLC Flash dengan kepadatan dan harga QLC Flash yang rendah. Dibandingkan dengan QLC NAND konvensional, Waktu Baca ditingkatkan hingga 30%, Waktu Program hingga 37%, Throughput Baca hingga 27 kali, dan Bandwidth Tulis hingga 14 kali. Ini adalah peningkatan astronomis ketika kami membandingkannya dengan apa yang kami miliki saat ini, menjadikan X-NAND arsitektur yang benar-benar menarik untuk diwaspadai dalam waktu dekat.

Keuntungan dari X-NAND

Andy Hsu, CEO NEO Semiconductor, menjelaskan manfaat potensial X-NAND dalam Flash Memory Summit virtual tiga hari untuk tahun 2020. Berikut adalah beberapa keunggulan penting X-NAND dibandingkan teknologi flash saat ini.

Kecepatan

Hal terbaik tentang X-NAND adalah penggabungan potensial dari dua hal terbaik yang kami temukan di SLC dan QLC NAND saat ini. Saat ini, pengguna harus membuat pilihan antara kapasitas dan keterjangkauan QLC, atau kecepatan mentah dari sesuatu seperti drive MLC (karena SLC tidak umum digunakan untuk membuat SSD konsumen lagi). Karena X-NAND berjanji untuk menggabungkan kecepatan SLC dengan kapasitas QLC, kami tidak memiliki alasan untuk meragukan bahwa teknologi baru ini akan memberikan beberapa angka kecepatan yang menggelikan.

Kapasitas

Saat ini, QLC adalah jenis pilihan NAND Flash dalam hal pembuatan SSD berkapasitas tinggi dengan harga yang wajar. Ini karena karena arsitektur dan kepadatan flash QLC, dimungkinkan untuk menyimpan lebih banyak data di flash daripada yang dapat Anda simpan di drive MLC yang dilengkapi serupa atau bahkan drive TLC. Membawa manfaat kapasitas dari QLC NAND yang lebih lambat ke kecepatan SLC berkecepatan lebih tinggi akan berpotensi menghasilkan SSD yang menggabungkan yang terbaik dari kedua dunia seperti yang telah kita pelajari sebelumnya.

Keterjangkauan

Tidak ada informasi pasti mengenai harga X-NAND pada saat penulisan, tetapi jika situasi harga SLC dan QLC NAND saat ini adalah sesuatu yang harus dilalui, X-NAND berpotensi menjadi semurah QLC di waktu dekat. QLC adalah bentuk NAND paling lambat dan paling banyak di SSD saat ini, dan karenanya juga yang termurah. Meskipun mungkin agak sulit untuk mengatakan bahwa X-NAND pasti akan cocok atau melemahkan drive QLC saat ini, potensinya pasti ada dan tidak dapat disangkal. Segmen SSD anggaran sudah sangat kompetitif seperti yang kami catat dalam kumpulan 5 SSD SATA anggaran terbaik untuk dibeli pada tahun 2021, dan dengan X-NAND berpotensi menjadi lebih ramai.

Mekanisme di balik X-NAND

Sementara hard disk QLC konsumen sangat bergantung pada cache SLC (memiliki sejumlah kecil SLC NAND untuk mempercepat proses), X-NAND menemukan cara agar flash dapat mempertahankan kinerja SLC untuk jangka waktu yang lama. Ini dilakukan dengan mengizinkan mode tulis SLC dan QLC secara bersamaan yang bukan merupakan proses yang diterapkan dalam drive QLC saat ini.

Seperti yang dapat dilihat pada bagan kinerja ini, throughput tulis dari penggerak QLC modern jatuh dari tebing setelah jangka waktu tertentu berlalu. Ini karena cache SLC penuh dan drive harus mengandalkan QLC NAND yang jauh lebih lambat untuk memindahkan data. Bandingkan dengan garis grafik X-NAND yang tetap 100% selama pengujian, dan perbedaannya adalah siang dan malam. Di sini kami sangat menghargai keunggulan kinerja X-NAND yang membawa kecepatan level SLC ke kisaran harga dan level kapasitas yang lebih terjangkau.

X-NAND mencapai keuntungan ini dengan beralih dari buffer halaman 16 KB per bidang ke buffer halaman 1 KB per bidang, tetapi dengan 16 kali bidang, seperti yang dikutip dalam satu contoh. Ini dapat dipahami lebih lanjut dengan membedah beberapa terminologi yang digunakan di sini. Sebuah pesawat cenderung menjadi unit terkecil dari interleaving untuk flash, dengan satu atau lebih bidang per flash die. Buffer halaman menyimpan data saat transit antara bus dan flash. Flash die dibagi menjadi bidang-bidang yang berisi garis bit atau string sel sehingga pembagian planar dapat mengurangi panjang garis bit dan membantu meningkatkan kinerja. Performa tulis dapat ditingkatkan secara substansial dengan menggunakan proses ini.

Aplikasi Masa Depan

Masa depan tentu tampak cerah jika kita melihat potensi X-NAND. Meskipun sulit untuk memprediksi apakah X-NAND akan menjadi produk yang layak di pasaran atau tidak dalam waktu dekat, jalan di depan tampaknya cukup terbuka untuk pengenalan teknologi ini. X-NAND pasti akan menjadi salah satu yang mengguncang pasar penyimpanan solid-state jika memulai debutnya dalam situasi pasar saat ini.

Mengingat potensi untuk perbaikan dan pemolesan lebih lanjut, X-NAND pasti bisa menjadi kandidat yang layak untuk pusat data dan aplikasi perusahaan di masa depan. Hal terpenting dalam pengaturan pusat data pasti adalah keamanan dan redundansi data. Jika pemikir di balik X-NAND dapat memikirkan cara meningkatkan ketahanan dan keandalan NAND ini, maka itu pasti bisa menjadi segmen pasar di mana X-NAND dapat berdampak dalam waktu dekat.

Mengenai PC konsumen dan aplikasi game, ada juga banyak potensi di ruang ini juga. Saat ini, calon pembeli SSD pasti bingung antara kecepatan MLC / TLC dan kapasitas serta harga QLC NAND. Penetapan harga pasti akan memainkan peran besar dalam kesuksesan X-NAND di pasar desktop konsumen, tetapi kami dapat mengharapkannya untuk menjadi lebih baik setelah arsitekturnya menjadi lebih matang dan proses pembuatannya menjadi lebih efisien.

Kesimpulan

Meskipun kedengarannya terlalu bagus untuk menjadi kenyataan, X-NAND adalah teknologi baru yang revolusioner yang bertujuan untuk menggabungkan bagian terbaik dari tipe SLC dan QLC NAND. Meski mungkin tidak sesederhana itu sekarang, potensi teknologi ini tidak bisa diabaikan begitu saja. Ini bukan hanya sesuatu yang bisa menjadi kemajuan besar di bidang pusat data dan komputasi edge, tetapi juga di pasar untuk PC desktop konsumen dan mesin game. X-NAND masih dalam tahap awal saat ini dan tidak ada produk di pasaran yang menggunakan flash NAND ini pada saat penulisan, tetapi seharusnya menarik untuk melihat apa yang telah direncanakan oleh pikiran di balik X-NAND untuk peluncurannya pada akhirnya. pasar.