Depolama üreticileri, kapasiteyi artırmak ve maliyetleri düşürmek için sürekli çalışır. Bu, kapasitelerin gigabaytlardan 20 TB’a ve daha fazlasına çıktığı flash depolamada olduğu kadar hiçbir yerde daha belirgin değildir. Performans, dönen diskle mümkün olanın çok ötesindedir ve GB başına maliyet yakında HDD’yi geçebilir.
Beş seviyeli hücre (PLC) flaş, 3D NAND teknolojisine dayanan en son nesil katı hal depolamadır. Verileri depolamak için hücre başına beş bit kullanır ve tek bir çipte daha büyük hacimler vaadiyle – üreticilerin umduğu gibi – GB başına daha düşük bir maliyet.
Bununla birlikte, PLC flash, bir takım tavizler vermek anlamına gelir. Bunlar arasında azaltılmış dayanıklılık, daha karmaşık denetleyiciler ve sonuç olarak daha düşük performans yer alır. Bu, özellikle ilk yıllarında, PLC flaşı için kullanım durumlarını sınırlaması muhtemeldir.
PLC flaşı nedir?
En eski nesil NAND flash depolama, tek seviyeli hücre (SLC) teknolojisini kullandı. Artık büyük ölçüde modası geçmiş olan bu ortam, hücre başına yalnızca bir durum, 0 veya 1 depolayabilir. Ardından endüstri, dört durumu veya anahtarlama sonuçlarını depolayabilen çok düzeyli hücre belleği geliştirdi.
Üç seviyeli hücreler (TLC), voltaj anahtarlarının sayısını yediye çıkardı. Hücre başına dört bit içeren QLC, 16 duruma veya 15 anahtara sahiptir. Bu, şu anda en yüksek kapasiteli NAND depolama alanıdır.
Şu anda, 30 TB QLC SSD’ler, depolama satıcılarından geniş çapta temin edilebilirken, Pure Storage gibi bazı üreticiler, tescilli 48 TB sürücüler gönderiyor.
Bu, flash kapasitesini en büyük geleneksel sabit disk sürücülerinin bile önüne koyar ve PLC flash kapasiteleri çok daha ileriye götürebilir. Pure’un uluslararası CTO’su Alex McMullen, “önümüzdeki 10 yıl içinde” 300 TB kapasiteli sistemler olacağını tahmin ediyor.
PLC (ve QLC) flash’ın gelişimi, veri yazmak için kullanılan daha küçük voltajları yöneten depolama denetleyicilerindeki ve yazılımlardaki iyileştirmeler tarafından yönlendirildi.
3D NAND, çip mimarisinde norm haline geldiğinden, üreticiler kapıları küçültmeden katmanlar eklediler, bu da QLC’yi pratik bir teklif haline getirdi ve PLC flaşına giden yolu açtı.
Voltaj zorlukları, hatalar ve dayanıklılık
Bununla birlikte, daha yüksek kapasiteli PLC flash’a geçiş zorluklar doğurur; Bunların en önemlisi, çipteki voltaj seviyelerinin sayısıdır.
Hücre başına beş bitlik bir PLC flash sürücü, 32 voltaj seviyesi tutar ve voltajlar arasındaki farkı çok küçük hale getirir. Bu, denetleyicinin doğru bir şekilde okuması için daha zordur, depolamayı potansiyel olarak daha az kararlı hale getirir ve denetleyiciler ve hata düzeltme yazılımları daha fazla çalışmaya zorlandıkça G/Ç’yi etkileyebilir.
Pure’den McMullen, “QLC’den PLC’ye bit yoğunluğundaki maksimum artış %20 olacak, ancak ortamın beklenen karmaşıklığı, düşük performansı ve kırılganlığı etrafında mühendislik açısından çok daha büyük bir maliyet yükü taşıyacaktır” diyor.
QLC ile şarj seviyeleri arasındaki fark yaklaşık %6’dır, ancak PLC ile bu fark %3’e düşer. Bu, örneğin MLC veya TLC flash’tan çok daha güçlü hata düzeltmesi gerektirir.
“PLC, aynı silikon alanında daha fazla bit içerir, bu nedenle daha yüksek kapasiteye sahip olmalıdır, ancak [at the cost of] veri güvenilirliği ve saklama,” diyor Gartner’da gelişen teknoloji ve trendler, NAND flash, SSD ve SSA’dan sorumlu başkan yardımcısı Joseph Unsworth. “NAND yoğunluğunu veya kapasitesini bilmiyoruz çünkü bugün piyasada ticari olarak satılan hiçbir ürün yok.”
Yonga tasarımcılarının da daha fazla fazlalık oluşturması gerekecek. Halihazırda, diğer flaş türleri ile üreticiler, aşınan hücreleri kapatmak için modüllere daha fazla kapasite ekliyor. Bu yükün PLC ile daha yüksek olması muhtemeldir.
Üreticiler henüz örnekleri yayınlamadığından, henüz PLC flash için yayınlanmış herhangi bir I/O rakamı yok, ancak depolama satıcıları bir performans artışı bekliyor – ve ardından PLC flash’ın ne kadar süreceği hakkında sorular var.
“Penta daha az dayanıklı olacak. İnkar edilemez mekaniği budur. Her bir şarj düzeyi arasındaki delta küçüldükçe, daha dikkatli programlamanız gerekir, böylece daha yavaş çalışır,” diyor Pure’den McMullen.
PLC kullanım örnekleri
Performans ve maliyet ile kapasite arasındaki oran, işletmelerin PLC flash’ı nerede ve nasıl kullanacağını belirleyecektir.
İlk kullanımlar, yüksek yazma hızlarına veya frekanslarına bağlı olmayan, ancak kapasitenin önemli olduğu arşivleme ve diğer uzun vadeli depolama uygulamalarını içerecek şekilde ayarlanmıştır. Bu, makine öğrenimi eğitim sistemleri gibi büyük miktarda veri kullanan diğer alanları da kapsayabilir.
PLC flash’ın QLC’den daha ucuz olması bekleniyor, ancak Gartner maliyet tasarruflarının yalnızca %10 civarında olmasını bekliyor, bu belki de CIO’ları geçiş yapmaya ikna etmek için yeterli değil.
İşletmelerin benimsenmesi, PLC flaş modüllerinin dayanıklılığına da bağlı olacaktır. QLC flash’ın en eski sürümleri, yaklaşık 1.000 yazma/silme döngüsünü yönetiyordu. Mevcut QLC yongaları bunu en az iki katına çıkardı, ancak bu, daha olgun flaş teknolojilerine dayalı en dayanıklı tasarımlar için 100.000 döngü veya daha fazlası ile karşılaştırılabilir.
Bununla birlikte, yazma/silme döngüleri, uzun süreli depolama için daha az önemlidir. Ve PLC flaşın, büyük kapasiteli dönen disklerden çok daha fazla enerji verimli olması bekleniyor. Enerji tasarrufu ve azaltılmış karbon ayak izi, işletmeleri PLC teknolojisini benimsemeye sevk eden şey olabilir.
Ancak üreticiler ve analistler arasındaki fikir birliği, büyük ölçekli PLC hızlı sevkiyatlarının hâlâ en az iki yıl uzakta olduğu yönünde.
PLC ve gelecek
PLC, üreticilerin flash depolama kapasitelerini genişletmek istediği tek yol değildir.
Yonga üreticileri, 128 şarj seviyesine sahip bir hepta hücre flaş hücresi ile prototip aşamasında hexa ve hepta hücre teknolojilerini zaten gösterdiler. 10 seviyeli bir hücre teorik olarak mümkündür, ancak şarj farkı sadece %0,1 olacaktır ve bu gerçek bir mühendislik sorunudur.
Bunun yerine depolama üreticileri, TLC ve QLC gibi mevcut teknolojilere katmanlar eklemeyi düşünüyor. Gartner’dan Unsworth’un işaret ettiği gibi, ek seviyelerin dayanıklılık ve denetleyici tasarımı üzerindeki etkisi göz önüne alındığında, daha gelişmiş katman sayısına sahip bir çip, daha fazla seviyeye sahip ancak daha az katmana sahip bir çipe göre her zaman bir maliyet ve performans avantajına sahip olacaktır.
Pure’den McMullen, “QLC’nin elimizden geldiği kadar uzak olduğu düşünülebilir ve daha fazla katmanla TLC’ye geri döneceğiz” diyor. Yonga üreticilerinin 500-600 katmanı hedefleyen yol haritalarıyla, yeni nesil yüksek kapasiteli flash depolama için PLC kesinlikle tek seçenek değil.