QLC NAND možná nebude tak zlá. Podle Toshiby vydrží 1000 cyklů, bude i v běžných SSD

Toshiba minulý týden potvrdila své plány na paměti NAND Flash se záznamem typu QLC. Tyto čipy, které ukládají do buňky čtyři bity místo tří, se skutečně začínají vyrábět. Jsou však zároveň trochu zdrojem obav, protože by podobně jako TLC oproti předtím používanému zápisu MLC měly značně zredukovat životnost čipů – buňka ukládající data bude umožňovat ještě menší počet přepisů, než se stane nespolehlivou. Různé odhady mluvily dokonce jen o 100 – 150 cyklech. Tyto obavy se nyní Toshiba snaží rozptýlit a konečně prozradila, jakou životnost u QLC plánuje. Čísla jsou to docela překvapivá, tato NAND Flash by totiž podle nich měla vydržet podstatně víc, což by znamenalo, že může být praktičtější, než se zdálo.  

1000 přepisovacích cyklů?

Podle údajů, které firma na vyžádání přímo potvrdila webu AnandTech, mají prý čipy typu QLC vydržet 1000 přepisovacích cyklů (respektive vymazání/programování). Tato hodnota je překvapivě vysoká. V minulosti, kdy jsme byli zvyklí na podstatně víc, by sice budila hrůzu, ale je už v podstatě srovnatelná s některými čipy TLC, které se dnes běžně používají. Zejména v případě posledních planárních generací před přechodem na 3D vrstvené čipy. Znamenalo by to, že se Toshibě podařilo výrazně zmírnit dopady komplexity QLC zápisu.

Ačkoliv QLC má na jednu buňku jen o třetinu vyšší kapacitu, z hlediska zpracování surového signálu je neúměrně náročnější. Buňka musí rozeznávat 16 úrovní napětí proti osmi u TLC s dostatečnou spolehlivostí, takže je mnohem menší prostor pro nepřesnost a opotřebení. Jak může Toshiba stále garantovat podobně dobrou životnost jako u TLC (tedy aspoň na papíře), není úplně jasné, ale patrně půjde o souhru více faktorů.

Toshiba prezentuje QLC NAND, Flash Memory Summit 2015 (Zdroj: Custom PC Review)

Podle AnandTechu je pravděpodobné, že jednotlivé buňky budou fyzicky větší (i když to poněkud redukuje výhody vyšší hustoty), což bude kompenzováno 3D vrstvením. Vrstvená NAND se obecně vyrábí méně miniaturizovaným procesem, což samo o sobě zvyšuje reálnou životnost, takže pomocí tohoto „triku“ je teoreticky možné, aby se životnost QLC přiblížila TLC z nejmenších (15nm) planárních procesů. Kromě toho je také možné, že u QLC bude ve specifikacích menší rezerva a oněch 1000 cyklů půjde více na hranu, kdežto u TLC toto ještě nebylo tolik potřeba, počet cyklů se udával konzervativněji a reálně byl vyšší.

Snímek NAND čipů Toshiba

Část zlepšení asi budou obstarávat také pokročilé způsoby ECC, tedy ochrany a korekce surového signálu při jeho zpracování. Ty jsou k eliminaci chyb používány již nyní a dokáží odhalit a spravit určitý podíl vadných bitů. Například algoritmy LDPC (low-density parity check) značně prodloužily životnost čipů TLC, jelikož je umožňují provozovat i při relativně degradovaném stavu s častějšími chybami, s kterými by slabší ECC už selhávalo. Toshiba zdá se pro QLC bude mít ještě pokročilejší algoritmy, které údajně dokáží opravit víc jak 120 chybových bitů z 1 KB. I to bude zřejmě část tajemství za tím, jak se chce Toshiba k 1000 garantovaným cyklům dostat.

Na ECC algoritmu hodně záleží. Bez LDPC se u některých pamětí TLC uvádělo jen něco přes 300 přepisovacích cyklů, s touto metodou lze z nich vyrazit až 1000 užitečných přepisů (Zdroj: prezentace k řadičům VIA)

Je ale třeba říct, že všechny tyto metody by se daly aplikovat i na paměti TLC, u nichž by životnost vylepšily rovněž. Nelze tedy říci, že se jejich pomocí podařilo problém rychlého opotřebování vyřešit nebo dosáhnout stejné životnosti jako u TLC. Fyzika se pochopitelně ošidit nedá. Pokud by se ona srovnávaná TLC paměť také vyráběla s většími buňkami a řadič u ní používal stejnou pokročilejší metodu ECC, dosáhla by nejen 1000 přepisovacích cyklů, ale ještě více.

QLC by nakonec mohla být rozšířenější, než se čekalo

V souladu s touto vyšší než očekávanou životností už také Toshiba nemluví jen o speciálních archivovacích SSD pro „cold storage“ a nasazení typu „WORM“ (write once, read many). QLC čipy na bázi 3D NAND by se údajně nakonec mohly dostat i do normálních SSD – jak pro sektor enterprise, tak pro běžné počítače a notebooky – do paměťových karet a do tabletů. Tedy víceméně do všech oblastí, kam se eventuálně prodraly paměti TLC. QLC by tím pádem možná mohla jejich expanzi zopakovat a možná dokonce TLC z mainstreamu vytlačit, i když to nebude nijak brzo (masová výroba zřejmě začne příští rok, ale větší nasazení bude chvíli trvat). Pokud se toto stane, pak skutečně nezbývá než doufat, že se podařilo životnost udržet na uspokojivé úrovni a nejde jen o sliby.