2D NAND vs. 3D NAND
2D NAND and 3D NAND are two types of flash memory cell technology. Learn more about them, how they differ, and which one might work best for you.
2D NAND vs 3D NAND is a common question to ask when comparing technologies used in desktop and mobile storage. NAND flash memory is used for solid-state drive (SSD) technology to offer more reliable and faster storage in desktop computers and mobile devices. Depending on your goals, you can choose between the two technologies to build servers and backup devices.
3D NAND vs. 2D NAND: What’s the Difference?
3D NAND is the latest version of NAND technology, so it’s usually preferred over 2D. NAND flash storage technology uses cells stacked within the small chassis to give users a smaller storage component with better performance. 2D NAND devices place storage cells side by side. 3D NAND adds another layer and stacks cells vertically. By storing more cells within the drive’s chassis, 3D NAND provides more storage at faster speeds.
A 3D NAND flash storage device also provides more storage at a lower price than a 2D NAND device. In addition, the newer 3D NAND technology reduces power consumption and increases the speed at which the device can write data to cells.
Benefits of 3D NAND vs. 2D NAND
Because a 3D NAND flash device contains several more storage cells than a 2D NAND device, users get more storage capacity with the newer technology. SSDs have a limited life span, especially when they’re used in devices where several writes are performed. For every write, an SSD loses a bit of its life span. All SSDs have a limited life span, but the additional cells provide more write cycles with a 3D NAND device compared to a 2D NAND device.
For servers with smaller chassis, 3D NAND devices are preferred because they’re smaller. Server manufacturers have limited space to install hardware, and 3D NAND allows them to provide more storage for their users at a lower cost and without the 2D NAND space requirements. 3D NAND also uses less power, so it causes less drain on an uninterrupted power supply (UPS) battery.
When to Use 3D NAND
Using 3D NAND will lower costs and power consumption. It also has a longer life span and offers faster speeds. For most applications, 3D NAND is the clear winner. Newer servers might come with a 3D NAND storage device, but you can also buy them to install additional storage capacity in an existing server. If you’re looking for a new SSD, a 3D NAND device will be cheaper per gigabyte of storage and provide you with terabytes of storage capacity.
When to Use 2D NAND over 3D NAND
Older devices that have 2D NAND technology can be upgraded to the latest 3D NAND technology. The 3D NAND technology is newer, but you might already use older 2D NAND technology and want to recycle it for use in other applications. A good way to recycle your storage devices is to move the 2D NAND device to archive storage. The archive storage would still have a limited life span, but using it for simple archives would reduce writes to the number of times files are stored permanently until they’re needed for retrieval.
Conclusion
When shopping for more storage space, you can choose between 2D and 3D NAND technology. In most cases, 3D NAND is the best option for your applications, even if you’re installing storage for personal use. You may even want to replace older 2D NAND technology with newer 3D NAND so that you can take advantage of its lower power consumption and faster speeds.
Written By: Pure Storage
Выбираем SSD: обзор вариантов на рынке и советы экспертов (2022)
Конечно, SSD различаются не только типом подключения и форм-фактором. Внутри тоже имеются существенные отличия. Мы начнем с технологий флэш-памяти.
SLC, MLC, TLC и QLC — что это такое?
Если посмотреть спецификации нескольких SSD, то они будут опираться на те или иные технологии флэш-памяти. Чаще всего упоминаются SLC, MLC, TLC, QLC и 3D-NAND. Первые четыре аббревиатуры указывают, сколько битов записываются в ячейку памяти. В случае Single Level Cell (SLC) речь идет об одном бите, у ячеек Multi Level Cells (MLC) мы получаем два бита, Triple Level Cells (TLC) — три бита. Наконец, Quadruple Level Cells (QLC) — четыре бита на ячейку. Строго говоря, MLC описывает все технологии за исключением SLC, поэтому иногда встречаются такие обозначение, как 2-bit MLC или 3-bit MLC.
Как можно догадаться по названию, разные типы памяти позволяют записывать разное число бит в ячейку. Поэтому для хранения одного и того же объема данных требуется больше ячеек SLC, чем TLC или QLC. Что приводит к соответствующему увеличению цены.
Однако и недостатки памяти с высоким числом битом на ячейку очевидны. Следует помнить, что для фиксации значения ячейки используются электроны (заряд). В случае SLC все просто — заряд либо есть, либо нет, что дает 2 1 состояний. С ячейками MLC мы получаем уже градации заряда, 2 2 состояний. Соответственно, с ячейками TLC и QLC число состояний увеличивается до 2 3 и 2 4 . В последнем случае речь идет о 16 состояниях, причем контроллер должен более точно программировать ячейку и корректно считывать состояние. Поэтому и производительность снижается по сравнению с SLC. Кроме того, ячейки памяти не вечные, чем они будут интенсивнее использоваться, тем меньше будет срок службы.
Но производители продолжают оптимизировать контроллеры и чипы памяти, поэтому и расчетный срок службы накопителей увеличивается. Например, в случае WD Red SN700 NVMe SSD емкостью 4 Тбайт производитель указывает расчетную нагрузку записи TBW 5.100 Тбайт, что в 1.275 раз превышает емкость. На практике обычный пользователь ПК вряд ли достигнет подобного уровня, но производители SSD продолжают повышать уровень TBW.
3D-память
Производители флэш-памяти уже несколько лет развивают концепцию 3D NAND, которая позволяет увеличить надежность и производительность. В отличие от планарной флэш-памяти 2D, ячейки памяти формируют трехмерную структуру. А 2D-память осталась уделом бюджетных накопителей.
В случае 3D NAND слои памяти накладываются друг на друга как в «бутерброде». В результате 96 слоев памяти позволяют уместить в 96 раза больше данных, чем в случае TLC SSD на планарной 2D NAND.
Что такое SLC-кэш?
Ключевым компонентом high-end накопителей является система кэширования. И здесь следует различать два типа: кэш DRAM и кэш (псевдо) SLC. В случае кэша DRAM на SSD устанавливается соответствующий чип оперативной памяти помимо NAND, с которым работает контроллер накопителя. Как правило, емкость DRAM составляет один гигабайт на терабайт хранения данных, в этой памяти кэшируются таблицы привязки. Конечно, современная NAND становится все быстрее, задержки продолжают снижаться, но DRAM пока что лидирует по скорости. В результате контроллер получает таблицы из DRAM максимально быстро, чем в случае хранения их на NAND. Бюджетные SSD кэшем DRAM не оснащаются, что следует учитывать.
Современная флэш-память может работать с высокой пропускной способностью, в том числе и TLC NAND, но ее все равно недостаточно, чтобы достичь насыщения интерфейса PCIe. Поэтому SSD оснащаются так называемым кэшем SLC, емкость которого зависит от объема накопителя. Запись в SLC-кэш, как можно догадаться по названию, идет в режиме SLC, то есть по одному биту в каждую ячейку. Емкость при этом расходуется нерационально, зато производительность записи самая высокая. После заполнения доступной емкости SLC-кэша запись производится уже в стандартном режиме TLC/QLC, что снижает производительность. Кроме того, если емкость SSD почти полностью заполнена, то и места для SLC-кэша не остается.
Срок службы SSD: насколько важны TBW и MTBF?
Технология флэш-памяти сказывается на сроке службы SSD. И здесь довольно часто используется термин «TBW».
За ним скрывается общий объем записанных байт (Total bytes to be written). Если верить спецификациям, у WD Red SN700 NVMe SSD емкостью 4 Тбайт мы получаем значение TBW 5.200 Тбайт. Таким образом производитель гарантирует запись 5.200 Тбайт информации на накопитель на протяжении его жизненного цикла. Важно отметить, что речь идет о минимальном значении. То есть SSD не выйдет из строя после достижения данного порога, на практике он выдержит намного большую нагрузку. В нашем форуме читатели приводят различные сведения, которые доказывают надежность SSD выше заявленного производителем результата.
Для профессиональных SSD, таких как WD Red SN700 NVMe SSD, подобный показатель воспринимается само собой разумеющимся, но и потребительские SSD сегодня радуют высокой надежностью. Возьмем для примера сравнительно недорогой WD Blue SN570 NVMe SSD емкостью 1 Тбайт и спецификацией TBW 600 Тбайт. Если вы переносите на SSD каждый день 20 Гбайт информации, то накопителя гарантированно хватит на 80 лет. Если же объем записываемой информации увеличить до 400 Гбайт, то срок службы составит 5 лет. Так что даже для энтузиастов значение TBW не составит проблем. Конечно, все несколько иначе выглядит в серверных сценариях, поскольку здесь профили использования могут отличаться. Но и для подобных сценариев есть оптимизированные решения на основе SSD.
Кроме TBW производители часто указывают надежность SSD в MTBF. Здесь речь идет о часах, которые накопитель может проработать до вероятного выхода из строя (по результатам тестов производителя).
Память битом не испортишь
Инженеры компании Apacer проделали огромную исследовательскую работу, в результате которой им удалось создать комплексное решение для приложений, особо критичных к надёжности хранения данных. В статье рассказано об особенностях твердотельных накопителей промышленного класса производства Apacer, выделяющих эти устройства из числа аналогов.
В ЗАКЛАДКИ
В связи с бурным развитием технологий связи 5G, Интернета вещей (IoT), искусственного интеллекта (AI) и периферийных вычислений рынок промышленных устройств находится на небывалом подъёме. Но названные технологии требуют всё больше места для хранения данных. При этом ни один производитель не хочет жертвовать высокой надёжностью, производительностью или широким температурным диапазоном. Новое поколение решений промышленного класса для хранения данных компании Apacer базируется на технологии 3D NAND Flash, обеспечивающей бо́льшую ёмкость и производительность.
Сама по себе технология 3D NAND уже не является новинкой, поскольку присутствует и продолжает лидировать на рынке флэш-памяти с 2016 года. Однако продукция компании Apacer выделяется среди аналогичных решений тем, что серийные устройства NAND Flash по-настоящему надёжны. После многолетнего сотрудничества с Toshiba и тщательного тестирования инженерами по исследованиям и разработкам компания Apacer официально представила свою серию высокотемпературных 3D NAND Flash промышленного класса.
В продуктах NAND Flash от Apacer используются интегральные схемы Toshiba в конфигурациях 2D SLC (одноуровневая архитектура), 2D MLC (многоуровневая архитектура), а благодаря тесному сотрудничеству Apacer с Toshiba в четвёртом квартале 2018 года была официально запущена новая серия твердотельных накопителей на базе 64-слойной технологии NAND Flash 3D TLC (трёхуровневая архитектура, частный случай многоуровневой).
Инженеры Apacer сравнивают переход от 2D SLC или MLC к 3D TLC с переходом в строительстве от одноэтажных домов к небоскрёбам. Вертикальная конструкция технологии 3D NAND нейтрализует взаимное влияние соседних ячеек памяти, вызванное малыми расстояниями между ними, обусловленными технологией 2D NAND. Это обеспечивает превосходные удельную ёмкость и надёжность, а также снижает энергопотребление (рис. 1).
Тем не менее, 3D NAND в общем случае имеет и недостатки по сравнению с 2D NAND, такие как худшая надёжность, меньшее число циклов перезаписи (P/E – Program/Erase) и более скромные диапазоны рабочих температур.
В борьбе за лучшие показатели Apacer продолжает использовать только микросхемы Toshiba, обеспечивающие впечатляющее общее количество циклов P/E (3000) и поддерживающие работу в диапазоне температур –40…+85°C. Кроме того, компания Apacer разработала различные варианты встроенного программного обеспечения и технологий, которые, как ожидается, продлят срок службы решений 3D NAND.
О пользе избыточности
В своих последних решениях 3D NAND SSD с целью обеспечения лучшей долговечности и производительности случайного чтения/записи Apacer иcпользует технологию избыточного выделения ресурсов (OP – Over-provisioning). При сравнении поддерживающих технологию OP устройств с теми, которые её не поддерживают, полезными контрольными показателями являются индикатор эффективности записи (WAI), количество операций чтения/записи в секунду (IOPS) и эффективность операции «сборки мусора» (GC).
С точки зрения индикатора WAI, использование OP в изделии ёмкостью 128 Гбайт может снизить WAI с 1,68 до 1,47, а WAI для продуктов 256 Гбайт на базе OP снизится ещё больше – на 25%. Что касается определения IOPS, SSD сначала записывается до полного заполнения в течение примерно 500 минут, а затем начинается период жёсткого тестирования. SSD с OP в этих условиях может достигать средней скорости IOPS 3700, в то время как для изделий без OP она будет ближе к 2000. Тест GC также показал, что SSD с OP имеет эффективность фоновой обработки примерно на 65% лучше, чем SSD без ОР (рис. 2).
О коррекции ошибок
Инженеры Apacer позаботились и о совершенствовании механизма исправления ошибок (ECC – Error Correction Code). Этот механизм помогает гарантировать, что в процессе чтения/записи в NAND Flash не образуются некорректные данные, что делает их хранение более надёжным. По сравнению с 2D SLC и MLC, использующими механизмы BCH ECC (разновидность кода ECC) для исправления до 72 битов на
1 кбайт, реализация механизма ECC 3D TLC Apacer с кодом контроля чётности с низкой плотностью (LDPC) может обеспечить возможность исправления более 120 ошибочных битов.
В дополнение к бо́льшим возможностям исправления ошибок LDPC ECC Apacer функционирует на трёх различных уровнях и надёжно предотвращает дальнейшее появление ошибок данных. Механизм ECC LDPC состоит из аппаратной и программной частей. В случае сбоя обоих этих уровней защиты данные по-прежнему будут защищены технологией DataRAIDTM, автоматически генерирующей файл чётности, сохраняемый вместе с данными. Он может использоваться для контроля и восстановления данных, которые невозможно исправить аппаратным или программным кодированием (рис. 3).
Двухэтапная оптимизация
С целью продления эффективного срока службы твердотельных накопителей 3D NAND компания Apacer разработала собственное двухкомпонентное решение. Первая его часть – это программно-аппаратный комплекс CoreAnalyzer2, а вторая – программное обеспечение для интеллектуального мониторинга SSDWidget2.0. Совместно эти технологии позволяют клиентам выбрать подходящий для их нужд твердотельный накопитель и полностью контролировать его работу.
По некоторым оценкам, в настоящее время в мире насчитывается более 3 млрд смартфонов, 2 млрд ПК и около 8,4 млрд устройств IoT. Каждое из них имеет свои собственные твердотельные накопители и встроенное программное обеспечение, и нет универсального решения, которое бы удовлетворило потребности всего многообразия приложений.
Тем не менее, пользуясь всеми преимуществами CoreAnalyzer2 от Apacer, клиенты могут легко подобрать наиболее подходящий для их нужд SSD. При необходимости CoreAnalyzer2 может также помочь в выборе индивидуальной прошивки SSD. CoreAnalyzer2 собирает данные об использовании и работе SSD, сохраняя при этом конфиденциальность клиентов, никогда не анализируя, какие данные записываются, а просто фиксируя время и условия, при которых они были записаны. Профессиональная техническая команда Apacer использует собранные данные для проведения анализа использования и делает на основе полученного отчёта оптимальные предложения клиентам.
После подбора и установки твердотельного накопителя клиенты могут отслеживать его функционирование в рабочих условиях, используя вторую часть «бинарного» решения – SSDWidget2.0. Это программное обеспечение, установленное на компьютер заказчика, позволяет инженерам отслеживать состояние твердотельных накопителей в режиме реального времени. Таким образом, они могут предвидеть окончание срока службы накопителей и, заблаговременно готовя им замену, обеспечивать целостность информации. Это повышает надёжность данных и во многих случаях сокращает затраты на персонал и обслуживание (рис. 4).
История успеха
Для выбора подходящего SSD в составе интеллектуальной информационной системы парковки, созданной сингапурским клиентом Apacer, использовалось ПО CoreAnalyzer2. С его помощью осуществлялся круглосуточный мониторинг данных в режиме реального времени с целью их анализа и повышения надёжности хранения. Проанализировав условия работы и выявленные проблемы, клиент выбрал продукты Apacer с защитой от сульфурации, широкими диапазонами рабочих температур и функцией TCG Opal 2.0 (встроенное аппаратное шифрование диска). После этого клиент продолжал следить за функционированием своих устройств посредством установленного в смартфоны решения SSDWidget2.0. Результатом проделанной работы стала успешно функционирующая система управления (рис. 5).
Аналогичное решение также позволило достичь значительных результатов на морской платформе в США. В тяжёлых условиях удалённой работы морские разведочные платформы обязаны функционировать бесперебойно, а их оборудование должно хранить большие объёмы данных. Но к большинству морских скважинных платформ можно добраться лишь на корабле или вертолёте, что делает выездные работы инженеров чрезвычайно дорогими. Дистанционно отслеживая состояние работоспособности SSD через SSDWidget2.0, можно предвидеть проблемы и избежать возможных сбоев в работе дисков.
Заключение
Технологии и решения промышленного класса Apacer 3D NAND незаменимы для приложений, нуждающихся в надёжном хранении данных. Будь то IoT, сетевая инфраструктура, транспорт, оборона, здравоохранение или даже компьютерные игры, твердотельный накопитель Apacer обеспечит наилучший баланс надёжности, эффективности и низкого энергопотребления. Возможности здесь практически безграничны. ●
Статья подготовлена по материалам компании Apacer
Авторизованный перевод Юрия Широкова
E-mail: textoed@gmail.com
Что лучше MLC 2D NAND или TLC 3D NAND?
TLC 3D NAND есть с ресурсом записи от 1 до 30 тысяч циклов, в зависимости от производителя. Она может быть хуже чем MLC, а может быть и лучше.
Остальные ответы
кто производитель чипов ?
Вообще MLC лучше, но они дороже, TLC дешевле и хуже, а TLC 3D NAND это что-то среднее
Вообще без разницы, всё это маркетинг, перетаскивание покупателей. Принципиальной разницы нет, одно это чуть доработанное другое.
современная TLC 3D NAND очень хорошая, теоретически MLC конечно лучше, но в данном случае лучше смотреть на другие особенности ссд — контроллер, производитель