La memoria flash de celda de cuatro niveles (QLC ), o SSD QLC (unidad de estado sólido), es una tecnología de memoria NAND optimizada para la capacidad que proporciona un coste por terabyte que iguala o supera a las unidades de disco duro (HDD). Como su nombre sugiere, las SSD QLC almacenan cuatro bits por celda, lo que proporciona un rendimiento NVMe con mayores capacidades.
SSD QLC frente a SLC frente a MLC frente a TLC
Las SSD QLC son las últimas en una larga tendencia de apretar más bits por celda dentro de un dispositivo flash NAND. Aquí tiene un breve resumen de cómo ha evolucionado la tecnología con el tiempo:
Flash de celda de un solo nivel (single-level cell o SLC): un bit por celda y dos estados de voltaje posibles.
Flash de celda multinivel (multi-level cell o MLC): dos bits por celda y cuatro estados de voltaje posibles.
Flash de celda de nivel triple (triple-level cell o TLC): tres bits por celda y ocho estados de voltaje posibles.
Flash de celda de nivel cuádruple (quad-level cell o QLC): Cuatro bits por celda, 16 estados de voltaje posibles
Como puede verse, el número de estados de voltaje posibles se duplica con cada bit adicional almacenado dentro de una celda NAND. Hay una compensación inherente entre la capacidad y la complejidad, a medida que aumenta el número de bits que puede caber en una sola celda.
Se necesita una mayor precisión eléctrica para tener en cuenta la complejidad añadida de gestionar múltiples estados de voltaje durante la lectura/escritura. En la práctica, esto puede traducirse en una reducción del rendimiento y la longevidad del dispositivo NAND.
La resistencia NAND se mide en ciclos de programa/borrado (P/E). Hasta el momento, los fabricantes han podido producir flash QLC con 1000 ciclos P/E, lo que es órdenes de magnitud menores que lo que es posible con las SSD SLC (100 000 ciclos P/E).
Sin embargo, el rendimiento y la resistencia son relativos. El flash sigue teniendo un mayor rendimiento que las unidades de disco duro y existen soluciones alternativas para hacer frente a las limitaciones de resistencia de las unidades de estado sólido QLC (por ejemplo, el uso de las unidades de estado sólido SLC como caché).
Esta misma compensación ralentizó la adopción de los TLC cuando aparecieron por primera vez, pero la tecnología mejoró con el tiempo y, actualmente, la mayoría de las cabinas de almacenamiento flash empresariales proporcionan un alto rendimiento, fiabilidad y velocidad con TLC NAND . Con la llegada de las SSD QLC, ahora es posible disfrutar de la velocidad del almacenamiento totalmente flash a un coste por capacidad que puede igualar o superar las cabinas de almacenamiento HDD.
¿Cómo funcionan las SSD QLC?
La memoria flash almacena datos en celdas de memoria individuales hechas de transistores de efecto de campo (MOSFET) de puerta flotante de metal-óxido-semiconductor.
Tradicionalmente, cada celda tenía dos estados posibles —uno o cero— de acuerdo con un determinado nivel de voltaje. Una SLC utiliza estos dos estados de voltaje posibles para almacenar un solo bit de información, siendo 1 cuando la carga está casi vacía y 0 cuando está casi llena.
Las SSD MLC de dos bits, por otro lado, utilizan cuatro valores o niveles de carga posibles, por celda, para almacenar más de un bit de información, asignando un nivel de carga a cada combinación posible de unos y ceros de la siguiente manera:
- 11, cuando está cerca del 25% de lleno
- 01, cuando está cerca del 50% de lleno
- 00, cuando está cerca del 75% lleno
- Y 10, cuando está cerca del 100% lleno
Las SSD QLC simplemente amplían este concepto usando 16 voltajes de umbral diferentes para almacenar hasta cuatro piezas de información diferentes por celda.
¿Cuáles son las ventajas de las SSD QLC?
Las ventajas comunes de la memoria flash QLC incluyen:
- Un coste total de propiedad (TCO) más bajo para las cargas centradas en la lectura
- Una huella de centro de datos reducida
- Un aumento exponencial de la capacidad con la velocidad de la tecnología all-flash
Sin embargo, las SSD QLC son menos fiables que sus equivalentes de memoria flash (más información sobre ello en la siguiente sección).
¿Cuáles son las desventajas de las SSD QLC?
La durabilidad es una de las principales desventajas de las SSD QLC, y eso se debe a que el almacenamiento de más bits por celda ha demostrado ser muy perjudicial para los ciclos de escritura.
Si bien puede leer en una celda flash tantas veces como desee, cada vez que la escribe, degrada los aislantes de puerta flotante de las trampas de carga solo un poco.
¿Son fiables las SSD QLC?
Por lo tanto, lo que las SSD QLC logran con unos costes más bajos y una mayor capacidad, pierden resistencia y fiabilidad. Las celdas SSD QLC actuales solo pueden soportar unos 1000 ciclos de borrado de programas antes de que empiecen a descomponerse y se vuelvan ilegibles. Las SSD SLC, por otro lado, probablemente pueden borrarse y reescribirse más de cien mil veces antes de que empiecen a descomponerse.
¿Y el rendimiento? ¿Las SSD QLC son más lentas?
Las SSD de nivel superior también son más lentas. Una SSD TLC tiene que comprobar ocho voltajes de umbral diferentes para lograr un valor preciso, pero una SSD QLC tiene que comprobar 16 voltajes de umbral diferentes. A medida que aumenta el número de valores posibles, las diferencias entre ellos se hacen más difíciles de distinguir y, en parte, debido a ello, las latencias de lectura de las SSD casi se han duplicado con cada bit adicional de datos.
La escritura de datos también es mucho más lenta con las SSD QLC. La SLC tiene un margen de error muy grande y puede escribir datos en una celda con solo un pulso de voltaje grande. Sin embargo, las unidades de estado sólido de nivel superior tienen que usar ciclos de pulso corto y luego la verificación para ajustar con precisión la tensión umbral requerida. Actualmente, las SSD QLC solo pueden escribir entre unos 80 y 160 megabytes por segundo, lo que es incluso más lento que algunos discos duros mecánicos.
La mayoría de las unidades QLC resuelven este problema a través de “caches”: para acelerar las transferencias de archivos, la unidad tratará algunas de sus celdas como si fueran SLC en lugar de QLC, leyendo o escribiendo solo un bit de datos. Esto funciona bien hasta que empieza a transferir archivos masivos o tiene grandes cargas de trabajo sostenidas, momento en el que el rendimiento suele caer. El rendimiento de escritura de una unidad TLC, que utiliza la misma estrategia de almacenamiento en caché, es unas 10 veces mejor que el de una unidad QLC.
Dicho esto, el rendimiento y la capacidad relativamente excelente de las SSD QLC siguen siendo una gran opción para muchas aplicaciones, como la transmisión de medios, las bases de datos y las copias de seguridad.
A menos que esté escribiendo toneladas de datos, la menor resistencia tampoco debería ser un problema. La mayoría de las unidades QLC siguen teniendo una capacidad nominal de entre 100 y 300 terabytes de datos escritos por 1 terabyte de capacidad de la unidad, lo que significa que una SSD QLC de 4 terabytes le permitirá escribir unas grabaciones 4K de unos 80 días.
¿Qué SSD son QLC?
Actualmente hay muchas SSD QLC en el mercado. Estas incluyen:
